CN115338608B - 一种冷板的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种冷板的成型方法，采用一种焊接、热处理、电镀、机加工、灌注相结合的工艺方法，实现了新型冷板的稳定成型，提高了焊接强度、成型精度、散热性。首先采用真空钎焊将盖板与冷板基体进行焊接，形成可灌注的相变腔；在接下来机加工操作前加入固溶时效热处理保证加工精度；在电镀后通过电子束焊焊接热管槽堵头与冷板基体，封堵热管的无效端；然后通过感应钎焊焊接热管与冷板基体；在真空环境下灌注相变材料，最后在相变材料灌封后通过电子束焊焊接流道、相变腔的堵头与冷板基体，实现最后封堵。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种冷板的成型方法。
背景技术
冷板在航空、航天及电子等领域中应用普遍，其主要作用是为相邻高功率部件散热，保护系统功能正常运行。为满足不断提升的散热要求，单一液冷散热技术已逐渐被复合散热技术替代，如在液冷流道的基础上增加热管或相变材料等散热技术，可参阅2019年9月27日公告的发明专利，公开号为CN110281739A一种基于嵌入式热管传热强化的相变蓄冷板的热管理系统，就提出了一种基于嵌入式热管传热强化的相变蓄冷板。
新型冷板虽然提供了更强的散热能力，但是也极大提高了冷板成型的困难程度，例如：焊接温度低时会使焊接强度变低，但温度过高又会增加焊接变形；又如相变材料填充比例小会降低散热能力，但填充比例过高易造成散热材料泄露；另外如何权衡多次焊接的顺序亦是一大难题。可见工艺流程的设计、工艺参数的设定都直接决定了相变+热管+液冷这类新型散热冷板的焊接强度、成型精度、散热性能，进而决定了冷板性能的好坏。但目前无成熟的成型方法指导这类新型散热冷板的加工，因此，根据新型冷板服役要求，需要开展相变+热管+流道新型冷板的成型技术研究。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种冷板的成型方法，采用一种焊接、热处理、电镀、机加工、灌注相结合的工艺方法，实现了新型冷板的稳定成型，提高了焊接强度、成型精度、散热性。首先采用真空钎焊将盖板与冷板基体进行焊接，形成可灌注的相变腔；在接下来机加工操作前加入固溶时效热处理保证加工精度；在电镀后通过电子束焊焊接热管槽堵头与冷板基体，封堵热管的无效端；然后通过感应钎焊焊接热管与冷板基体；在真空环境下灌注相变材料，最后在相变材料灌封后通过电子束焊焊接流道、相变腔的堵头与冷板基体，实现最后封堵，其具体步骤如下：
第一步：焊相变腔体盖板，盖板与冷板基体之间采用真空钎焊，封堵相变腔体大面。
第二步：进行固溶时效处理。
第三步：铣平盖板，将焊后的盖板与冷板基体大面接平。
第四步：热管焊前预处理，对冷板基体进行化学镀镍、化学沉银处理，并对热管镀锡。
第五步：热管槽堵头与冷板基体之间采用电子束焊焊接，首先，焊装时热管槽堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，然后用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm，焊缝间隙满足0.02-0.05mm，之后进行电子束焊接成型。
第六步：热管与冷板基体之间感应钎焊焊接，热管需伸至热管槽底部，热管无效端贴紧热管槽堵头，保证热管稳定散热。
第七步：将冷板外形进行机加工到位。
第八步：灌注相变材料，首先进行真空干燥保证冷板高温工作状态下无水蒸气膨胀损坏零件，检查冷板腔体内无可吹出水滴之后，放入烘箱中加热110℃/4h，全程保持真空度不低于-960kPa；然后进行冷板预热，防止融化的相变材料灌入常温冷板时灌注效率低的问题，除灌注口部分均进行包裹防护，将冷板和灌注工装同时放入设备预热，120℃，时间不少于1h，之后将石蜡放入烘箱中加热熔化，设置温度130℃，保温3-4h，保证相变材料为熔化状态，最后进行相变材料灌注，要求操作环境真空度低于100Pa。
第九步：液冷流道、相变腔的堵头与冷板基体间采用电子束焊焊接，相变腔封堵前需清理灌注口的相变材料并控制焊接温度。
本发明的有益效果在于
1)新型冷板成型精度高，表面粗糙度Ra≤0.8μm，尺寸形位公差控制在0.03mm内；
2)新型冷板焊接强度提升，焊缝强度不低于2MPa，且不无明显变形或虚焊的现象；
3)新型冷板散热性能稳定，散热效率提升。
附图说明
图1为工艺流程图。
图2为冷板三维图。
图3为相变腔示意图。
图4为液冷流道示意图。
图5为热管安装示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示的冷板加工流程及结构示意图。
1)焊相变腔盖板与基体：盖板与冷板基体之间真空钎焊参数为605℃，保温5min，采用4004焊料，大面焊接时焊片0.05mm，侧面焊缝0.1mm；
2)固溶时效处理：提高产品强度和硬度，保证机加工后精度；
3)铣盖板：将焊后的盖板与基体大面接平；
4)热管焊前预处理：为实现感应钎焊，需对基体进行化学镀镍、化学沉银处理，并对热管镀锡，同时要保证化学沉银后48小时内完成热管焊接，电镀和烘干过程所有工序温度不允许超过80℃，以免热管爆裂；
5)热管槽堵头与冷板基体之间电子束焊焊接：首先焊装时堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，然后用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm，保证焊缝间隙满足0.02-0.05mm，之后进行电子束焊接成型，参数为：速度720mm/min，高压90V，电流9.5mA，上聚焦5mA，扫描半径0.2mm，扫描频率100Hz；
6)热管与冷板基体之间感应钎焊焊接：保证热管需伸至热管槽底部，热管无效端贴紧堵头，保证热管稳定散热，参数为：功率5-6KW，30-40min，钎料为S-Sn60PbAA；
7)将冷板外形机加工到位，全程控制切削参数，保证成型精度；
8)真空灌注石蜡：首先进行真空干燥保证冷板高温工作状态下无水蒸气膨胀损坏零件，检查冷板腔体内无可吹出水滴之后，放入烘箱中加热110℃/4h，全程保持真空度不低于-960kPa。然后进行冷板预热，防止融化石蜡灌入常温冷板时灌注效率低的问题，除灌注口部分均进行包裹防护，将冷板和灌注工装同时放入设备预热，120℃，时间不少于1h。之后将石蜡放入烘箱中加热熔化，设置温度130℃，保温3-4h，检查相变材料为熔化状态。最后进行相变材料(本例为石蜡)灌注，要求操作环境真空度低于100Pa，在灌注过程记录表中记录灌注温度、真空度、灌前质量、灌后质量、相变材料填充百分比等信息；
9)液冷流道、相变腔的堵头与冷板基体电子束焊焊接：完成最后封堵，其中相变腔封堵前清理灌注口的相变材料等多余物，控制焊接温度，防止相变材料挥发造成焊接质量差的问题，参数为：速度1800mm/min，高压90V，电流5.5mA，上聚焦1mA，扫描半径0.1mm，扫描频率100Hz。
通过上述步骤可实现相变+热管+液冷的新型冷板的稳定成型，本实施对新型冷板精加工后的尺寸、精度、焊接强度与散热性能进行了测试，表面粗糙度Ra≤0.8μm，尺寸形位公差在0.03mm内，焊缝强度不低于2MPa，且不无明显变形或虚焊的现象，相较于传统工艺成型冷板散热效率提升30％。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种冷板的成型方法，其特征在于：其具体步骤如下：
第一步：焊相变腔体盖板，盖板与冷板基体之间采用真空钎焊，封堵相变腔体大面；
第二步：进行固溶时效处理；
第三步：铣平盖板，将焊后的盖板与冷板基体大面接平；
第四步：热管焊前预处理，对冷板基体进行化学镀镍、化学沉银处理，并对热管镀锡；
第五步：热管槽堵头与冷板基体之间采用电子束焊焊接，首先，焊装时热管槽堵头与底板搭接面须对齐、压平、贴合到底，然后用圆头冲子骑缝冲铆固定，冲铆点距≤30mm，焊缝间隙满足0.02-0.05mm，之后进行电子束焊接成型；
第六步：热管与冷板基体之间感应钎焊焊接，热管需伸至热管槽底部，热管无效端贴紧热管槽堵头，保证热管稳定散热；
第七步：将冷板外形进行机加工到位；
第八步：灌注相变材料，首先进行真空干燥保证冷板高温工作状态下无水蒸气膨胀损坏零件，检查冷板腔体内无可吹出水滴之后，放入烘箱中加热110℃/4h，全程保持真空度不低于-960kPa；然后进行冷板预热，防止融化的相变材料灌入常温冷板时灌注效率低的问题，除灌注口部分均进行包裹防护，将冷板和灌注工装同时放入设备预热，120℃，时间不少于1h，之后将相变材料放入烘箱中加热熔化，设置温度130℃，保温3-4h，保证相变材料为熔化状态，最后进行相变材料灌注，要求操作环境真空度低于100Pa；
第九步：液冷流道、相变腔的堵头与冷板基体间采用电子束焊焊接，相变腔封堵前需清理灌注口的相变材料并控制焊接温度。
2.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第一步中采用真空钎焊的焊接方式，参数为605℃，保温5min，采用4004焊料，大面焊接时焊片厚度0.05mm，侧面焊缝0.1mm。
3.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第四步中，需在化学沉银后48小时内完成热管焊接，电镀和烘干过程温度不允许超过80℃，以免热管爆裂。
4.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第五步中采用电子束焊焊接热管槽堵头与冷板基体，参数为：速度720mm/min，高压90V，电流9.5mA，上聚焦5mA，扫描半径0.2mm，扫描频率100Hz。
5.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第六步中采用感应钎焊焊接热管与冷板基体，参数为：功率5-6KW，30-40min，钎料为S-Sn60PbAA。
6.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第八步中进行相变材料灌注，采用烘干-预热-灌注的三步灌注方式。
7.如权利要求1所述的一种冷板的成型方法，其特征在于：所述第九步中采用电子束焊焊接液冷流道、相变腔的堵头与冷板基体，参数为：速度1800mm/min，高压90V，电流5.5mA，上聚焦1mA，扫描半径0.1mm，扫描频率100Hz。
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| GR01 | Patent grant | ||
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