CN114012235A - 一种ta2材料微通道散热器的扩散焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，对粗糙度小于Ra0.4的退火态高精板进行蚀刻加工；将多块层叠的微通道蚀刻板及侧板装配成微通道芯体后装配到定位杆上；在已装配好的微通道芯体最上和最下层各放置一层石墨纸；保证芯体的中心与扩散焊设备加压机构的中心一致；待真空度达到6×10‑3Pa时，开启加热；并对微通道芯体预压0.5MPa的压紧力；当温度达到890±5℃后，调节压紧力达到3.5Mpa，在该温度下保温180min；保温结束后，保持3.5Mpa的压紧力进行冷却；当芯体温度冷却到400℃时，开启充氩冷却模式。本发明解决了TA2钛合金微通散热器包含数百层微通道板时的扩散焊问题。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金扩散焊技术领域，具体是一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法。
背景技术
随着飞机轻量化、高性能的发展需求，常用的列管式、板翅式散热器已经无法满足小体积高散热性的要求，而微通道散热器相比于列管散式、板翅式等散热器，体积小，散热器效率高，是未来散热器的主流发展方向。
微通道散热器的加工方法主要为扩散焊，扩散焊的焊接变形小，无多余物，接头强度高等优点；扩散焊可代替真空钎焊、浸渍钎焊等焊接方法，是未来微型散热器的主要加工工艺。但目前针对TA2材料的微通道散热器扩散焊存在装配难，易变形，焊后合格率低的问题，这是由于当TA2材料的微通道板层数增多时，微通道板自身的公差累积、装配公差累积和扩散焊参数的不同选择都会产生非常大的影响，最终影响微通道散热器的性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，解决包含数百层微通道板的TA2钛合金微通散热器的扩散焊时存在的累积变形、装配难、装配公差大和焊接后合格率低等问题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，包括下述步骤，
步骤1：选择表面粗糙度小于Ra0.4的退火态TA2材料板材并在其表面进行微通道蚀刻加工，形成微通道蚀刻板；
步骤2：将多块步骤1中的微通道蚀刻板按照层叠方式逐层堆放，并在最下层和最上层各堆放一块侧板形成微通道芯体，其中，微通道蚀刻板和侧板上均开有定位孔，然后将微通道芯体整体通过定位孔装配到定位杆上；
步骤3：在已装配好的微通道芯体最上层与最下层各放置一层石墨纸；
步骤4：调整微通道芯体的位置，保证微通道芯体的中心与扩散焊设备加压机构的中心一致后放入加热炉中；
步骤5：关闭炉门，待真空度达到6×10-3Pa时，开启加热；
步骤6：从室温以15℃/min的加热速率加热到890±5℃，并对微通道芯体预压0.5MPa的压紧力；
步骤7：当温度达到890±5℃后，调节压紧力达到3.5Mpa，并在该温度下保温180min；
步骤8：保温结束后，保持3.5Mpa的压紧力进行冷却；
步骤9：当芯体温度冷却到400℃时，开启充氩冷却模式。
作为一种选择，所述步骤1中，退火态TA2材料板材的平面度≤0.03mm。
作为一种选择，所述步骤2中，多块微通道蚀刻板按照蚀刻面统一朝上或统一朝下的层叠方式逐层堆放。
作为一种选择，所述步骤2中，微通道蚀刻板的层数大于200层。
作为一种选择，所述步骤2中，定位杆的数量为三根。
作为一种选择，所述步骤2中，蚀刻板上定位孔精度≤0.1mm，定位杆圆度公差≤0.05mm。
作为一种选择，所述步骤3中，石墨纸与加压机构的石墨压板长宽一致，计算出微通道芯体在石墨纸上的中心位置，并在石墨纸上以计算出的微通道中心位置划出微通道芯体的轮廓，再将微通道芯体装在石墨纸上，这种处理方法的目的是保证待焊接的微通道芯体的中心与加压设备的中心同轴，即利用石墨纸上的轮廓与石墨压板对齐从而确定加压中心无偏移，从而保证微通道芯体受到的压力均匀，一方面，由于微通道蚀刻板的层数非常多，不均匀的压力会导致层与层之间的相对滑移和变形错位，另一方面，也能避免加压机构因为加压偏心导致的加压轴断裂问题。
进一步，所述石墨纸与加压机构的面积大于微通道芯体的端面面积，从而完全覆盖微通道芯体，避免加压不均匀的情况。
采用本发明的扩散焊方法，无需像传统的焊接方法那样在焊接面添加焊料，避免堵塞微通道，同时由于扩散焊的焊接强度高，能够达到母材强度的95％以上，当采用钛合金(TA2)时，微通道散热器的比强度更高。
本发明的扩散焊方法针对钛合金材料(TA2)的特点从多个方面进行设计，包括：
(1)限定了微通道板的表面粗糙度、平面度和热处理状态，从而便于控制微通道板的精度，避免数百层微通道板堆叠后产生较大的不可控的累积公差(错位、滑移、变形)，满足前述条件后，堆叠的微通道板之间摩擦力趋于一致，无明显的方向性(不会出现扩散焊过程中微通道板向某个特定方向变形的情况)，配合后续的扩散焊参数可减少焊接变形和焊接缺陷的产生；
(2)采用了层叠后配合定位孔和定位杆的组合方式装配，通过控制定位孔和定位杆的精度解决装配累积公差的问题；
(3)从升温速率、扩散焊温度、预压紧力、扩散焊压紧力、扩散焊时间和冷却方式的方面控制扩散焊接的质量问题和变形问题。
与现有技术相比，本发明的扩散焊方法对包含多层(例如数百层，当然该方法也适用于层数较少的情况)TA2材料的微通道板的微通道散热器中各种零件的精度与扩散焊参数进行控制，有效的解决了TA2材料微通道板装配难，易变形，焊后合格率低的问题，保证了产品扩散焊的质量。
附图说明
图1是微通道芯体扩散焊接时的装配图，图中未画出定位杆；
图中：1-石墨纸，2-上侧板，3-第一微通道板，4-第二微通道板，5-下侧板，6-石墨压板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，包括以下步骤：
步骤1：选择表面粗糙度小于Ra0.4且平面度≤0.03mm的退火态TA2材料板材并在其表面进行微通道蚀刻加工，形成微通道蚀刻板；
步骤2：将200多块步骤1中等厚的微通道蚀刻板按照蚀刻面朝上的层叠方式逐层堆放，即按照图1中第一微通道板3放置于第二微通道板4蚀刻面上方的方式重复交替堆放直到完成200多层微通道蚀刻板的堆叠，并在最下层和最上层各堆放一块下侧板5和一块上侧板2形成微通道芯体，其中，每块微通道蚀刻板和两块侧板上均开有3个定位孔，然后将微通道芯体整体通过定位孔装配到三根定位杆上，三个定位点形成一个定位平面，微通道蚀刻板上定位孔精度≤0.1mm，定位杆圆度公差≤0.05mm；
步骤3：在已装配好的微通道芯体最上层与最下层各放置一层石墨纸1，石墨纸1与加压机构的石墨压板6(石墨压板6是安装在加压机构上的结构，类似于压力机的压头)长宽一致，计算出微通道芯体在石墨纸1上的中心位置，并在石墨纸1上以计算出的微通道中心位置划出微通道芯体的轮廓，再将微通道芯体装在石墨纸1上；
步骤4：调整微通道芯体的位置，通过比对步骤3中石墨纸1上的轮廓，保证微通道芯体的中心与扩散焊设备加压机构的中心一致后压紧石墨压板6，然后将加压结构和微通道芯体一起放入加热炉中，加压机构是任何能够提供微通道芯体轴线方向压力的机构，例如螺纹加压机构；
步骤5：关闭炉门，待真空度达到6×10-3Pa时，开启加热；
步骤6：从室温以15℃/min的加热速率加热到890±5℃，并对微通道芯体预压0.5MPa的压紧力；
步骤7：当温度达到890±5℃后，调节压紧力达到3.5Mpa，并在该温度下保温180min；
步骤8：保温结束后，保持3.5Mpa的压紧力进行冷却；
步骤9：当芯体温度冷却到400℃时，开启充氩冷却模式。
上述实施例并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案基础上所做出的变形、修饰或等同替换等，均应落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：包括下述步骤，
步骤1：选择表面粗糙度小于Ra0.4的退火态TA2材料板材并在其表面进行微通道蚀刻加工，形成微通道蚀刻板；
步骤2：将多块步骤1中的微通道蚀刻板按照层叠方式逐层堆放，并在最下层和最上层各堆放一块侧板形成微通道芯体，其中，微通道蚀刻板和侧板上均开有定位孔，然后将微通道芯体整体通过定位孔装配到定位杆上；
步骤3：在已装配好的微通道芯体最上层与最下层各放置一层石墨纸；
步骤4：调整微通道芯体的位置，保证微通道芯体的中心与扩散焊设备加压机构的中心一致后放入加热炉中；
步骤5：关闭炉门，待真空度达到6×10-3Pa时，开启加热；
步骤6：从室温以15℃/min的加热速率加热到890±5℃，并对微通道芯体预压0.5MPa的压紧力；
步骤7：当温度达到890±5℃后，调节压紧力达到3.5Mpa，并在该温度下保温180min；
步骤8：保温结束后，保持3.5Mpa的压紧力进行冷却；
步骤9：当芯体温度冷却到400℃时，开启充氩冷却模式。
2.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤1中，退火态TA2材料板材的平面度≤0.03mm。
3.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤2中，多块微通道蚀刻板按照蚀刻面统一朝上或统一朝下的层叠方式逐层堆放。
4.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤2中，微通道蚀刻板的层数大于200层。
5.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤2中，定位杆的数量为三根。
6.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤2中，蚀刻板上定位孔精度≤0.1mm，定位杆圆度公差≤0.05mm。
7.根据权利要求1所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述步骤3中，石墨纸与加压机构的石墨压板长宽一致，计算出微通道芯体在石墨纸上的中心位置，并在石墨纸上以计算出的微通道中心位置划出微通道芯体的轮廓，再将微通道芯体装在石墨纸上。
8.根据权利要求7所述的一种TA2材料微通道散热器的扩散焊方法，其特征在于：所述石墨纸与加压机构的面积大于微通道芯体的端面面积。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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