CN114101887A - 一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，针对相变冷板封堵的实际需求，采用与5系合金进行拼接焊接，改善熔池材料成分，使得Mg和Si的含量在焊接性良好区间内，提高其可焊性，实现6系与5系异种体系铝合金电子束焊接在相变冷板上的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子束焊接封堵方法，具体地涉及一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法。
背景技术
传统的设备通过风冷、液冷等主动方式将热量排散到系统以外，而对于一些密闭空间的电子设备，只能采用内部材料吸热这种被动方式，保证电子元器件正常工作，填充相变材料的相变冷板就是其中的一种。相变冷板选用导热系数高、比热容大的6系铝合金，在填充完相变材料后，需要采用密封可靠、高强度的连接方式。传统的堵头螺纹带胶封堵技术，存在胶水随环境及时间变化易老化风险以及工作时内部气压过高易变形鼓包风险。其中钎焊时温度远高于相变材料融化温度，相变材料融化会导致焊缝夹杂，钎焊方法不可行；相变冷板封堵口位置在边角、板中心等不同位置，也不符合搅拌摩擦焊对结构形式的要求，搅拌摩擦焊方法不可行；6系铝合金电子束焊接的可焊性较差，其 Mg（0.45-0.9%）和Si（0.2-0.6%）的含量刚好处于可焊性差的区间，焊接后易形成表面裂纹、气孔和夹渣、变形等焊接缺陷，且接头性能差。故针对6系铝合金冷板，亟需可靠的焊接方法进行封堵。
发明内容
本发明克服现有技术带胶螺纹封堵的可靠性差、工作时内部气压过高易变形等风险，以及6系铝合金电子束焊接焊缝质量差、接头性能不足的缺点，提供一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法。采用6系冷板+5系堵头电子束焊封堵方式，突破了6系铝合金电子束可焊性差的难题，通过宽束斑窄聚焦精细化焊接方法，实现了6系铝合金相变冷板的高强度、密封高可靠的封堵连接。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，相变冷板为6系铝合金，堵头为5系铝合金，具体封堵步骤如下：
第一步：设计接头，5系铝合金的堵头下方位置设置锁底；
第二步：焊前清洗及装配，对被焊工件进行清洗或刮削，在焊缝周围贴合铜工装；
第三步：装件入炉；
第四步：焊前准备，抽真空，电子束出束在真空度不低于5*10-4进行，调整程序轨迹与焊缝一致；
第五步：点焊：电子束射入位置选定在焊缝中心；
第六步：正式焊接，电子束射入位置选定在焊缝中心；
第七步：焊后修整，打磨去除焊疤、飞溅，修整焊缝，保证焊缝不高于零件母材表面。
进一步的，5系铝合金堵头与6系铝合金冷板的配合间隙为0.02-0.05mm。
进一步的，在上述第一步骤中，锁底厚度≥2mm。
进一步的，在上述第二步骤中，对无表面覆盖层的工件焊前用酸碱清洗，对于表面已经镀覆或流道复杂导致酸碱残留较难清除的工件，先用丙酮擦拭焊接面及焊缝附近区域，再采用手工刮削的方式，去除工件焊接面以及其周围5-10mm以内的氧化层，装配时盖板与底板搭接面对齐、压平、贴合到底，用圆头冲子骑缝冲铆固定，其中冲铆点距≤30mm。
进一步的，在上述第三步骤中，清理工作台面，保证工作台面平整干净，将待焊件放置于焊机工作台面上，保证焊缝所在大面水平，将工作台移入真空室，关闭真空室门。
进一步的，在上述第五步骤中，采用点焊进行固定，焊接参数为：加速电压为90KV，焊接速度为1500mm/min～3000mm/min，电子束聚焦值为表面聚焦值+8～+12，扫描振幅为0.7，焊接电流为3mA。
进一步的，在上述第六步骤中，焊接参数为：加速电压为90KV，焊接速度为1500mm/min～3000mm/min，电子束聚焦值为表面聚焦值+8～+12，扫描振幅为0.7，焊接电流为6-20mA。
本发明的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，针对相变冷板封堵的实际需求，采用与5系合金进行拼接焊接，改善熔池材料成分，使得Mg和Si的含量在焊接性良好区间内，提高其可焊性，实现6系与5系异种体系铝合金电子束焊接在相变冷板上的应用。相对现有技术具有以下优点：
1.通过5系铝合金调节焊缝中的元素分布，改善了6系铝合金的可焊性，得到的焊缝成型质量好，接头组织性能良好，实现了6系铝合金相变冷板与5系堵头的可靠封堵。
2.通过宽束斑、窄聚焦及小电流精细化焊接参数优化，得到的焊缝表面均匀平整，内部无气孔等缺陷，接头抗拉强度提高到母材强度的85%以上，并通过在1.5MPa水压下无泄漏的密封性测试。
3.采用电子束焊接的方式，需要在高真空下进行，去除了前道工序相变材料填充过程中卷入的气体，保证了腔体负压的状态，有效地保证了相变冷板在受热膨胀的工作压力不至于过大，进而防止气压过高而产生的变形。
4.零件焊接部位壁厚较薄，热容量小，导致焊接过程温升较大，融化的相变材料在负压下，沿焊缝被吸出，导致焊缝夹杂失效。通过铜片工装夹持、降低焊接功率、提高焊接速度，降低焊接过程温升，有效防止产生相变材料沿焊缝溢出的问题。
附图说明
图1 为本发明的6系+5系铝合金焊缝微观组织图；
图2为本发明的铜片工装示意图。
图3为本发明的铜片工装实际图。
附图标记：1、铜片；2、堵头；3、相变材料。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
图1 为本发明的6系+5系铝合金焊缝微观组织图，图2为本发明的铜片工装示意图，图3为本发明的铜片工装实际图。以下为具体实施例：
实施例1
以6063冷板/5A05圆堵头（2mm厚）为例，通过本发明方法对其进行电子束焊接封堵，具体包括以下步骤：
（1）接头设计：5A05圆堵头下方位置设有锁底，厚度为2mm，堵头与冷板的配合间隙满足0.02-0.05mm；
（2）焊前清洗及装配：焊前清洗各零部件，5A05圆堵头焊前用酸碱清洗，对于内含相变材料的6063铝合金冷板，先用丙酮擦拭焊接面及焊缝附近区域，采用手工刮削的方式，去除工件焊接面以及其周围5-10mm以内的氧化层。装配时堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm。将铜合金工装紧贴在焊缝周围，见附图；
（3）入炉：清理工作台面，保证工作台面平整干净，将待焊件放置于焊机工作台面上，保证焊缝所在大面水平，将工作台移入真空室，关闭真空室门。
（4）焊前准备：开始抽真空，电子束出束在真空度不低于5*10-4进行。调整焊接程序，保证程序轨迹与焊缝一致；
（5）点焊：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用3000mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+8，扫描振幅为0.7，焊接电流为3mA，进行点焊固定；
（6）正式焊接：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用3000mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+8，扫描振幅为0.7，选用焊接电流为7mA，进行焊接；
（7）焊后修整：泄除真空，开启真空室炉门，取出工件，打磨去除焊疤、飞溅，修整焊缝，保证焊缝不高于零件母材表面。
通过上述方法可以对6063铝合金冷板的相变材料充注口进行有效地封堵。本实施例对6063铝合金相变冷板的耐水压密封性进行了测试，相对于原带胶封堵工艺的耐0.2MPa水压提高到耐1.5MPa水压；焊缝表面无裂纹、内部无气孔等缺陷，焊缝抗拉强度超过母材的85%；内腔负压及无老化风险。实现了高密封、高强度、高可靠性的有效连接，提高了产品的质量及可靠性。
实施例2
以6063冷板/5A05圆堵头（3mm厚）为例，通过本发明方法对其进行电子束焊接封堵，具体步骤如下：
（1）接头设计：5A05圆堵头下方位置设有锁底，厚度为2mm，堵头与冷板的配合间隙满足0.02-0.05mm；
（2）焊前清洗及装配：焊前清洗各零部件，5A05圆堵头焊前用酸碱清洗，对于内含相变材料的6063铝合金冷板，先用丙酮擦拭焊接面及焊缝附近区域，采用手工刮削的方式，去除工件焊接面以及其周围5-10mm以内的氧化层。装配时堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm。将铜合金工装紧贴在焊缝周围，见附图；
（3）入炉：清理工作台面，保证工作台面平整干净，将待焊件放置于焊机工作台面上，保证焊缝所在大面水平，将工作台移入真空室，关闭真空室门；
（4）焊前准备：开始抽真空，电子束出束在真空度不低于5*10-4进行。调整焊接程序，保证程序轨迹与焊缝一致；
（5）点焊：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用2500mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+9，扫描振幅为0.7，焊接电流为3mA，进行点焊固定；
（6）正式焊接：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用2500mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+9，扫描振幅为0.7，选用焊接电流为9mA，进行焊接；
（7）焊后修整：泄除真空，开启真空室炉门，取出工件，打磨去除焊疤、飞溅，修整焊缝，保证焊缝不高于零件母材表面。
通过上述步骤可以在对6063铝合金冷板的相变材料充注口进行有效地封堵。本实施例对6063铝合金相变冷板的耐水压密封性进行了测试，相对于原带胶封堵工艺的耐0.2MPa水压提高到耐1.5MPa水压；焊缝表面无裂纹、内部无气孔等缺陷，焊缝抗拉强度超过母材的85%；内腔负压及无老化风险。实现了高密封、高强度、高可靠性的有效连接，提高了产品的质量及可靠性。
实施例3
以6063冷板/5A05圆堵头（5mm厚）为例，通过本发明方法对其进行电子束焊接封堵，具体步骤如下：
（1）接头设计：5A05圆堵头下方位置设有锁底，厚度为2mm，堵头与冷板的配合间隙满足0.02-0.05mm；
（2）焊前清洗及装配：焊前清洗各零部件，5A05圆堵头焊前用酸碱清洗，对于内含相变材料的6063铝合金冷板，先用丙酮擦拭焊接面及焊缝附近区域，采用手工刮削的方式，去除工件焊接面以及其周围5-10mm以内的氧化层。装配时堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm。将铜合金工装紧贴在焊缝周围，见附图；
（3）入炉：清理工作台面，保证工作台面平整干净，将待焊件放置于焊机工作台面上，保证焊缝所在大面水平，将工作台移入真空室，关闭真空室门；
（4）焊前准备：开始抽真空，电子束出束在真空度不低于5*10-4进行。调整焊接程序，保证程序轨迹与焊缝一致；
（5）点焊：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用2000mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+10，扫描振幅为0.7，焊接电流为3mA，进行点焊固定；
（6）正式焊接：电子束射入位置选定在焊缝中心，选用90KV的加速电压，选用2500mm/min的焊接速度，电子束聚焦值为表面聚焦值+10，扫描振幅为0.7，选用焊接电流为12mA，进行焊接；
（7）焊后修整：泄除真空，开启真空室炉门，取出工件，打磨去除焊疤、飞溅，修整焊缝，保证焊缝不高于零件母材表面。
通过上述步骤可以在对6063铝合金冷板的相变材料充注口进行有效地封堵。本实施对6063铝合金相变冷板的耐水压密封性进行了测试，相对于原带胶封堵工艺的耐0.2MPa水压提高到耐1.5MPa水压；焊缝表面无裂纹、内部无气孔等缺陷，焊缝抗拉强度超过母材的85%；内腔负压及无老化风险。实现了高密封、高强度、高可靠性的有效连接，提高了产品的质量及可靠性。
本发明的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，针对堵头类电子束焊接效率快、能量集中、可实施性强，满足密封、精度以及强度等设计要求，具有很好的应用前景。
至此，已经结合优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：相变冷板为6系铝合金，堵头为5系铝合金，具体封堵步骤如下：
第一步：设计接头，5系铝合金的堵头下方位置设置锁底；
第二步：焊前清洗及装配，对被焊工件进行清洗或刮削，在焊缝周围贴合铜工装；
第三步：装件入炉；
第四步：焊前准备，抽真空，电子束出束在真空度不低于5*10-4进行，调整程序轨迹与焊缝一致；
第五步：点焊：电子束射入位置选定在焊缝中心；
第六步：正式焊接，电子束射入位置选定在焊缝中心；
第七步：焊后修整，打磨去除焊疤、飞溅，修整焊缝，保证焊缝不高于零件母材表面。
2.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：5系铝合金堵头与6系铝合金冷板的配合间隙为0.02-0.05mm。
3.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：在上述第一步骤中，锁底厚度≥2mm。
4.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：在上述第二步骤中，对无表面覆盖层的工件焊前用酸碱清洗，对于表面已经镀覆或流道复杂导致酸碱残留较难清除的工件，先用丙酮擦拭焊接面及焊缝附近区域，再采用手工刮削的方式，去除工件焊接面以及其周围5-10mm以内的氧化层，装配时盖板与底板搭接面对齐、压平、贴合到底，用圆头冲子骑缝冲铆固定，其中冲铆点距≤30mm。
5.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：在上述第三步骤中，清理工作台面，保证工作台面平整干净，将待焊件放置于焊机工作台面上，保证焊缝所在大面水平，将工作台移入真空室，关闭真空室门。
6.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：在上述第五步骤中，采用点焊进行固定，焊接参数为：加速电压为90KV，焊接速度为1500mm/min～3000mm/min，电子束聚焦值为表面聚焦值+8～+12，扫描振幅为0.7，焊接电流为3mA。
7.根据权利要求1所述的相变冷板异种体系铝合金电子束焊接封堵方法，其特征在于：在上述第六步骤中，焊接参数为：加速电压为90KV，焊接速度为1500mm/min～3000mm/min，电子束聚焦值为表面聚焦值+8～+12，扫描振幅为0.7，焊接电流为6-20mA。
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