CN113399769A - 一种多铝合金组件的真空钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多铝合金组件的真空钎焊方法，包括如下步骤：步骤1，对机箱的结构进行设计，利用机箱内部结构件作为横向支撑工装和纵向支撑工装；步骤2，按照机箱的结构设计，采用铝合金板进行下料，实施零部件机械加工；步骤3，按照不同焊接位置形状将焊料裁切为覆盖待焊接区域的片材，对焊料和待焊零部件进行清洗，并用焊料裹敷零部件待焊接区域；步骤4，将清洗后裹敷有焊料的各零部件进行组装，在真空钎焊炉中以设定工艺参数实施钎焊。本发明采用“无工装焊接”，降低了加工成本，避免了使用工装带来的机箱尺寸误差，通过焊料设计、钎焊工艺设计等保证了焊接质量，提高了产品使用安全性。

Description

一种多铝合金组件的真空钎焊方法

技术领域

本发明属于真空钎焊工艺领域，特别涉及一种多铝合金组件的真空钎焊方法。

背景技术

暴露在外部环境使用的各种机箱，因使用环境为室外较恶劣环境，故要求其具备密闭防水气密等的环境使用要求和高可靠的结构牢固度。基于此，这类机箱采用铝板螺装拼接后焊接的加工形式完成。比较氩弧焊和真空钎焊等几种现今机械加工中比较常用的焊接技术后，发现真空钎焊对机箱进行焊接有如下优点：可靠性高，外形美观即因真空钎焊的焊缝整齐，无需像氩弧焊一样产生“鱼鳞”状焊缝，保证水密和气密性能，焊接效率高，焊接成本低，对环境无污染等优点。

对于四块面板，前面板13、后面板14、左面板15，右面板16焊接而成的真空钎焊机箱而言，如图1所示，焊接是相对简单的，只需保证装入焊料后其对角线等长，装入三根纵向工装11和两根横向工装12保证四角方正即可。但是随着科技的不断发展，越来越多的机箱不再是简单的四面螺装焊接，机箱内部存在多个风道、隔板等铝合金组件，将机箱内部分割为不同区域，如图2所示，此类真空钎焊焊接的工艺实现就比较困难。

传统实现多组件铝合金真空钎焊焊接工艺的工艺方法是制作多个工装至于机箱内部不同区域内，但是这样做的缺点是：1.需要制作多个工装，提高了工装的制作费用；2.多个工装之间存在装配误差，装配误差累计起来会影响整体的机箱尺寸。基于此，提供一种多铝合金组件的真空钎焊方法，使其达到提高焊接质量和降本增效的多重有益效果是必要的。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种多铝合金组件的真空钎焊方法，以解决上述存在的至少一种问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种多铝合金组件的真空钎焊方法，包括如下步骤：

步骤1，对机箱的结构进行设计，利用机箱内部结构件作为横向支撑工装和纵向支撑工装；

步骤2，按照机箱的结构设计，采用铝合金板进行下料，实施零部件机械加工；

步骤3，按照不同焊接位置形状将焊料裁切为覆盖待焊接区域的片材，对焊料和待焊零部件进行清洗，并用焊料裹敷零部件待焊接区域；

步骤4，将清洗后裹敷有焊料的各零部件进行组装，在真空钎焊炉中以设定工艺参数实施钎焊；所述钎焊的工艺参数包括：

(i)炉温从室温升至410～430℃，真空度优于4*10^-3Pa，保温1～1.5小时到炉温平衡；

(ii)升温到510～530℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iii)升温到560～580℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iv)升温到610～620℃，焊料融化焊接；

(v)恢复到室温。

根据本发明提供的一种多铝合金组件的真空钎焊方法，具有以下有益效果：

(1)根据本发明提供的一种多铝合金组件的真空钎焊方法，创新性的设计了“无工装焊接”的新型焊接模式，即在设计之初，运用DFMA的工艺设计思路进行分析研究，在产品焊接之前就进行概念设计，进行工艺参数优化分析，将焊接需要的母材和焊料进行可行性分析，选取最佳焊料与母材。传统的焊接都是简单的将待焊部件装配到一起后加焊料直接焊接，没有DFMA的工艺设计过程；并且需要工装做支撑，本发明独创“无工装焊接”，从而实现一体化；

(2)根据本发明提供的一种多铝合金组件的真空钎焊方法，对风道板、盖板、面板和杆状及条状组件，分别设计针对性的裹敷铺设方式，在焊接过程中保证焊接的牢固效果，并且保证翻折后的焊料易于清除，若宽度小于上述范围的最小值，焊接不牢固，大于上述宽度比例翻折后的焊料可能会因过长而翘起，形成多余物；

(3)根据本发明提供的一种多铝合金组件的真空钎焊方法，在焊接过程中，添加金属镁，镁的重量和铝合金总质量比为1：(90-110)，提高了焊接质量；

(4)根据本发明提供的一种多铝合金组件的真空钎焊方法，针对铝合金材料、焊料，设定了具有关键意义的工艺参数，保证焊接质量，不形成多余物，保证焊接质量；否则焊料会碳化、剥落，形成多余物，难以彻底清除，在风道处还会在室外环境被风吹出，形成锋利的焊料多余物，对设备和人员造成伤害，严重会造成机毁人亡的后果。

附图说明

图1为传统机箱及工装结构图；

图2为多组件机箱结构图；

图3为多铝合金组件的真空钎焊方法流程图；

图4为机箱内腔对角线示意图；

图5为风道板结构实体图；

图6为真空钎焊温度控制示意图。

附图标号说明

11-纵向工装；12-横向工装；13-前面板；14-后面板；15-左面板；16-右面板；21-风道板；221、222、223、224-隔板I～IV；23-前面板；24-后面板；25-左面板；26-右面板；31-对角线I；32-对角线II；41-风道I；42-风道II；431、432、433、434、435、436-工艺螺钉I～VI；44-风道面板。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供了一种多铝合金组件的真空钎焊方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤1，对机箱的结构进行设计，利用机箱内部结构件作为横向支撑工装和纵向支撑工装。

本发明创新性的设计了“无工装焊接”的新型焊接模式，即在设计之初，运用DFMA(Design For Manufacturing and Assembly，面向制造和装配的产品设计)的工艺设计思路进行分析研究，创新性的开展DFMA的工艺设计思路，在产品焊接之前就进行概念设计，进行工艺参数优化分析，将焊接需要的铝合金母材和焊料进行可行性分析，以选取最佳焊料与铝合金母材，并且利用机箱内部多组件的特性，“就地取材”，将内部风道、隔板等作为支撑，替代传统机箱中工装的作用，进行多组件一次性一体化焊接。现以某一多组件机箱为例，俯视图见图2，其中，风道板21作为纵向工装，隔板I～IV(221、222、223、224)作为横向工装。本发明不止局限于图2所示机箱，可以为适用于所有适合真空钎焊的铝合金材料及内部有多个格局的多铝合金组件的复杂机箱。

步骤2，按照机箱的结构设计，采用铝合金板进行下料，实施零部件机械加工。

由车间按照设计图纸及工艺要求由设计图纸规定铝板进行下料，所下料铝板必须为可以进行真空钎焊的铝板牌号。对于图2所示机箱，下料的组件为风道板21、隔板I～IV(221、222、223、224)、前面板23、后面板24、左面板25、右面板26共9个组件。该视图中机箱不包括用于上下封闭机箱的盖板，当然根据需要也设计并添加。

在一种优选的实施方式中，采用的铝合金为防锈3系铝合金，优选为牌号3A21铝合金，化学成分见表1，物化性能见表2。

表1 3A21铝合金化学成分表

牌号

Al

Mg

Si

Mn

Cu

Fe

Zn

Ti

3A21

余量

0.05

0.6

1.0～1.6

0.2

0.7

0.15

0.1～0.2

表2 3A21铝合金物化性能表

母材	密度(g/cm<sup>3</sup>)	固液相线(℃)	断裂强度(MPa)	倔强强度(MPa)
					3A21	2.73	643-654	120-160	≥85

在一种优选的实施方式中，零部件机械加工时，按设计图纸及工艺要求进行数控铣削加工，铣削好的零部件之间留有焊料厚度尺寸，即L3＝L4+2*焊料厚度尺寸，其中，L3为某一方向上的待焊长度，L4为该方向上零部件B的尺寸。

在一种优选的实施方式中，在零部件机械加工完成后，实施机箱的试装配，零部件的加工精度需满足以下条件：机箱试装配后对角线长度误差在0.1mm公差范围内。本发明方法要求机箱各个零件在钎焊前进行试装配，并对成套零件进行修整调平，这其中就包括对角线的测量工作。例如，使用不锈钢螺钉螺装风道板21、隔板I～IV(221、222、223、224)、前面板23、后面板24、左面板25、右面板26共9个组件，装配成如图2所示机箱。测量机箱内腔对角线长度，如图4中对角线I 31和对角线II 32所示距离，保证机箱试装配后对角线长度误差在0.1mm公差范围内。

步骤3，按照不同焊接位置形状将焊料裁切为覆盖待焊接区域的片材，对焊料和待焊零部件进行清洗，并用焊料裹敷零部件待焊接区域。

在一种优选的实施方式中，所述焊料选择与母材具有相同的相组元的铝基焊料，焊料的固液相线与母材固相线相差70℃～90℃，熔点为555℃～580℃。

在一种优选的实施方式中，所述焊料的厚度为0.14～0.16mm，优选为0.15mm。该焊料厚度为经过多次试验证实的最佳焊料厚度，0.14～0.16mm焊料厚度可以保证焊料在设定的工艺参数下焊接牢固，不会出现焊料碳化不能焊接的现象。

对于风道板结构件，裹敷整张焊料，风道板焊料宽度为待焊区域的宽度加上3～5mm余量，优选为4mm余量。如图5中，L1为待焊风道宽度，焊料宽度L2＝L1+(3～5)mm，焊料长度与风道板长度等长。裹敷焊料时以焊料宽度中心线对准风道板宽度中心线，使余量3～5mm均匀分布在两边，保证两边各等宽。

对于盖板、面板、隔板和杆状及条状结构件，焊料宽度应为待焊接区域宽度的1.25～1.5倍，以焊料中心线对准待焊接区域的中心线，两边留边并翻折到与待焊面相邻的平面。

对于风道板结构件、盖板、面板、隔板和杆状及条状结构件，上述焊料的宽度比例可以在焊接过程中保证焊接的牢固效果，并且保证翻折后的焊料易于清除。如果小于这个宽度，焊接不牢固，大于这个宽度比例翻折后的焊料可能会因过长而翘起，形成多余物。

在本发明一种优选实施方式中，在裹敷焊料后的风道板、盖板、面板和隔板的边缘增加工艺螺钉。如图5所示，标号431、432、433、434、435、436分别指示工艺螺钉I～VI，增加工艺螺钉使焊料与风道面板44贴合更加紧密，并增加焊接牢固度，焊接效果得到提高，并且该工艺螺钉在焊接后不用取出，减少取出工艺螺钉时因操作不当可能对机箱造成损伤的后果，减少工作量，提高工作效率。

在本发明一种优选实施方式中，对待焊零部件进行高温清洗，对裁切后的焊料进行高温清洗并退火处理。

真空钎焊前需要将每个待焊零部件，如图2所示，风道板21、隔板I～IV(221、222、223、224)、前面板23、后面板24、左面板25、右面板26共9个组件及焊料进行高温清洗，用以去除待焊零部件及焊料表面的氧化层和油渍。高温清洗后的母材和焊料必须佩戴新的棉质白手套进行操作，不能用裸手或带油渍的手套进行触摸，操作者需严格按照操作工艺规程执行。为了防止母材及焊料的再次氧化及油渍侵害必须在清洗后24小时以内进行钎焊，如暂需保存，需放在干燥的暖风烘干屋内进行暂存。待焊零部件和焊料的高温清洗分三步：第一步弱碱除油清洗，弱碱包括但不限于碳酸氢钠等，温度50～60℃，时间小于10分钟(具体时间视待清洗部件的油污程度而定，以肉眼不可见油污为准)；第二步为强碱清洗，强碱包括但不限于氢氧化钠等，温度60℃，时间小于1分钟；第三步水洗，用45～50℃清水冲洗干净即可。

未退火处理的焊料具有一定的脆性，装配时不易产生变形达到焊缝形状要求。焊料的退火是在真空环境下，于320～340℃保持50～70分钟，优选60分钟后降至室温。

步骤4，将清洗后裹敷有焊料的各零部件进行组装，在真空钎焊炉中以设定工艺参数实施钎焊。

高温清洗后的母材和焊料不能直接用裸手接触，接触零部件应佩戴新的白棉布手套，以防汗渍等粘在零部件及焊料上，影响真空钎焊质量。操作人员需要严格按照操作工艺规程执行。

在真空钎焊炉中，机箱组件主要靠热辐射进行加热，钎焊温度、保温时间、真空度等对钎焊质量有重要影响，应严格按照规定的工艺参数进行。

在一种优选的实施方式中，所述钎焊的工艺参数包括：

(i)炉温从室温升至410～430℃，真空度优于4*10^-3Pa，保温1～1.5小时到炉温平衡；

(ii)升温到510～530℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iii)升温到560～580℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iv)升温到610～620℃，焊料融化焊接；

(v)恢复到室温。

在炉温从室温升温到420℃的时候保证真空度达到4*10^-3Pa，后续钎焊在真空状态下实施。设定好待焊机箱的钎焊工艺参数后，对真空钎焊炉抽真空，然后进行四个阶段的加温、保温，即第一阶段预热定温、保温；第二阶段蓄能定温、保温；第三阶段预焊接定温、保温；第四阶段焊接定温；第五阶段降温。如图6所示。

在一种优选的实施方式中，在钎焊的过程中向真空钎焊炉中添加适量的金属镁，用以提高焊接接头的焊接质量。添加的镁的重量和铝合金零部件总质量的比例为1：100(90～110)。

步骤5，机箱焊接后，对机箱再次进行二次机加工，包括：机箱防护、去除多余焊料、铣削加工、钳工加工四个步骤。

对于机箱防护：焊接后的机箱风道位置在加工前，要对风道两侧风道通风口进行封堵防护，以本机箱为例，如图5风道的示意图，为防止加工碎屑进入风道，应封堵风道I 41和风道II 42位置。待机加工全部完成后，解除封堵防护，用风枪从一侧吹风道，保证风道内无多余物。其他类型机箱参照本机箱，封堵相应位置通风口、风道等位置。

对于去除多余焊料：修整机箱上残留的多余焊料，例如使用手锉进行各个焊缝的焊料清理和修整工作。本发明中的时间、温度、真空度等重要工艺参数保证了焊料可以有效清除，不会发生碳化现象导致难以清除的问题。

对于铣削加工：焊接后的机箱按照设计图纸和工艺要求，保证机箱高度。在设计步骤中，对机箱高度已经预留铣削量2-4mm，这样可以保证焊接后的修整。对焊接后的机箱上下表面各铣削相同高度(1-2mm)，以保证蓝图要求。同时按图加工机箱的密封槽和所有定位脚、螺孔等，这样先焊接后铣削密封槽和定位孔的目的是保证加工精度，尽可能的消除误差，提高加工精度。

对于钳工加工：焊接后的机箱，由于考虑到焊接可能带来变形的原因，故上下盖板和风机盖板的各孔在焊接后按设计图纸和工艺要求按照模板打孔，使用模板打孔可以使各个盖板达到形位公差度要求和满足互换性的要求。

步骤6，对机加工后的机箱实施导电氧化处理、面漆喷涂处理及检验。

对于导电氧化处理：真空钎焊后机箱主体框架及其余机箱零件由于经过了铣、钳等工序的机加工后就可以进行导电氧化处理。

对于机箱表面漆喷涂处理：面漆喷涂处理是本发明中多组件铝合金类机箱产品加工必不可少的一道重要工序，面漆的喷涂可以起到防潮、防盐雾、防霉菌的作用，使机箱免受环境的侵蚀，但是要注意零件接插件处及螺纹处是不允许漆渗入的，所以在喷涂时要有必要的工艺裹敷铺设防护措施，从而提高机箱的使用寿命，确保机箱的安全性和可靠性。

对于检验：本机箱漆面的喷涂加工完成后按相关检验规范进行检验，要求漆膜颜色符合图纸要求，漆膜表面均匀、清洁，无起泡、脱落现象，漆膜及氧化层表面均匀、清洁，无起泡、脱落现象，零件无变形、划伤、破损现象，满足上述要求后，方满足检验要求，后续转电气装联车间进行电气装配工作。

经过大量实践表明，本发明中的真空钎焊机箱可以满足室外恶劣环境的要求，达到客户要求的水密及气密性能和结构牢固度，且焊缝规整美观。同时也证明采取DFMA的工艺设计思路，在工艺设计之初进行概念设计，将需要解决的问题进行预估、预判，通过研究与讨论得出最佳工艺设计方案，再进行后期的产品制造生产和装调，可以大大降低生产中的各种突发问题，达到降本增效的目的，设计出更加可靠的产品。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对机箱的结构进行设计，利用机箱内部结构件作为横向支撑工装和纵向支撑工装；

步骤2，按照机箱的结构设计，采用铝合金板进行下料，实施零部件机械加工；

步骤3，按照不同焊接位置形状将焊料裁切为覆盖待焊接区域的片材，对焊料和待焊零部件进行清洗，并用焊料裹敷零部件待焊接区域；

步骤4，将清洗后裹敷有焊料的各零部件进行组装，在真空钎焊炉中以设定工艺参数实施钎焊；所述钎焊的工艺参数包括：

(i)炉温从室温升至410～430℃，真空度优于4*10^-3Pa，保温1～1.5小时到炉温平衡；

(ii)升温到510～530℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iii)升温到560～580℃，保温0.5～1.5小时，到炉温平衡；

(iv)升温到610～620℃，焊料融化焊接；

(v)恢复到室温。

2.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤2中，所述铝合金为防锈3系铝合金。

3.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤2中，在零部件机械加工完成后，实施机箱的试装配，零部件的加工精度需满足以下条件：机箱试装配后对角线长度误差在0.1mm公差范围内。

4.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤3中，所述焊料选择与母材具有相同的相组元的铝基焊料，焊料的固液相线与母材固相线相差70℃～90℃。

5.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤3中，所述焊料的厚度为0.14～0.16mm。

6.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤3中，对于风道板结构件，裹敷整张焊料，风道板焊料宽度为待焊区域的宽度加上3～5mm余量，焊料长度与风道板长度等长；和/或

对于风道板结构件，裹敷焊料时，以焊料宽度中心线对准风道板宽度中心线，使余量3～5mm均匀分布在两边。

7.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤3中，对于盖板、面板、隔板和杆状及条状结构件，焊料宽度为待焊接区域宽度的1.25～1.5倍；和/或

对于盖板、面板、隔板和杆状及条状结构件，裹敷焊料时，以焊料中心线对准待焊接区域的中心线，两边留边并翻折到与待焊面相邻的平面。

8.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤3中，在裹敷焊料后的风道板、盖板、面板和隔板的边缘增加工艺螺钉。

9.根据权利要求1所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，步骤4中，在钎焊的过程中向真空钎焊炉中添加金属镁，添加的镁的重量和铝合金零部件总质量的比例为1：100(90～110)。

10.根据权利要求9所述的多铝合金组件的真空钎焊方法，其特征在于，所述钎焊方法还包括步骤5：机箱焊接后，对机箱再次进行二次机加工；

所述对机箱再次进行二次机加工包括机箱防护，焊接后的机箱风道位置在加工前，对风道两侧风道通风口进行封堵防护，待机加工全部完成后，解除封堵防护，用风枪从一侧吹风道，使风道内无多余物；和/或

所述对机箱再次进行二次机加工包括去除多余焊料，修整机箱上残留的多余焊料；和/或

所述对机箱再次进行二次机加工包括铣削加工，对焊接后的机箱上下表面各铣削相同高度；和/或

所述对机箱再次进行二次机加工包括钳工加工，对焊接后的机箱按设计图纸和工艺要求打孔。

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