汽車散熱器釬焊工藝

張培澤

摘 要：為了順應(yīng)整個(gè)汽車制造工業(yè)的發(fā)展趨勢，散熱器作為汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中非常重要的部件之一，其工作效率也應(yīng)當(dāng)不斷提升，并向著輕型化方向發(fā)展。釬焊在汽車散熱器大規(guī)模批量生產(chǎn)中有良好的適用性，如何保障釬焊成品質(zhì)量是業(yè)內(nèi)人士高度重視的一項(xiàng)課題。文章即在概述汽車散熱器構(gòu)成的基礎(chǔ)之上，對釬焊工藝進(jìn)行研究，并以實(shí)驗(yàn)方式指導(dǎo)對釬焊工藝的合理優(yōu)化，望能夠更好的保障汽車散熱器的散熱性能符合要求，提高釬焊制造合格率。

關(guān)鍵詞：汽車；散熱器；釬焊；工藝

中圖分類號：TG454 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0099-02

Abstract： In order to comply with the development trend of the whole automobile manufacturing industry， as one of the most important parts of the automobile cooling system， the working efficiency of the radiator should be improved continuously， and develop toward the light type direction. Brazing has good applicability in mass production of automobile radiator. How to ensure the quality of brazing finished product is a highly valued topic in the industry. On the basis of summarizing the composition of automobile radiator， this paper studies the brazing technology， and guides the reasonable optimization of brazing process by experiment， so as to guarantee the heat dissipation performance of automobile radiator to meet the requirements and improve brazing qualified rate.

Keywords： automobile； radiator； brazing； process

當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，汽車制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度是非常迅猛的，對汽車制造質(zhì)量以及產(chǎn)品性能的要求也更為嚴(yán)格與具體。汽車在行駛過程中的動(dòng)力來源為發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)階段正朝著大功率方向發(fā)展。而發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能提高的同時(shí)其產(chǎn)熱量也會(huì)有一定程度上的改變。若熱量無法及時(shí)傳送外排，就會(huì)在一定程度上影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能。散熱器作為汽車主體結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的散熱部分之一，可大量集中散發(fā)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生熱量。換言之，散熱器性能會(huì)直接對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱效果產(chǎn)生影響，并間接影響車輛動(dòng)力性能、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。

1 汽車散熱器構(gòu)成

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中，散熱器是非常重要的構(gòu)成部件之一，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間多余熱量需要通過散熱器散發(fā)。當(dāng)前技術(shù)條件支持下，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)中所使用散熱器可以根據(jù)運(yùn)行模式分為直流型散熱器以及橫流型散熱器這兩大類型。散熱器進(jìn)水管裝設(shè)于上水室，出水管裝設(shè)于下水室，自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出水口流出高溫?zé)崴ㄟ^散熱器進(jìn)水管流入上水室，并經(jīng)散熱器芯體冷卻后進(jìn)入下水室內(nèi)，最終自出水管流出，并吸入水泵內(nèi)外排。從這一角度上來看，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)當(dāng)中，水室以及主片焊縫質(zhì)量將直接對散熱器進(jìn)水室以及出水室墻體承受來自發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)循環(huán)水的流量以及壓力大小，并以此種方式對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱性能產(chǎn)生重要影響。

2 散熱器釬焊工藝

烘干溫度、釬焊溫度、保溫時(shí)間、散熱器爐內(nèi)含氧量、網(wǎng)帶速度以及工件擺放密度均會(huì)在一定程度上對釬焊工藝質(zhì)量產(chǎn)生影響。采用ANSYS有限元分析軟件對散熱器水室與主片爐中釬焊工藝實(shí)施情況進(jìn)行模擬，可確定加熱爐各個(gè)區(qū)域所對應(yīng)的溫度最優(yōu)值。因此，可通過設(shè)定不同網(wǎng)帶速度值的方式，對散熱器釬焊焊接接頭所呈現(xiàn)出的氣密性以及顯微金相組織情況進(jìn)行觀察與分析。

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)期間所設(shè)置基本參數(shù)情況如下：（1）釬焊一區(qū)設(shè)定溫度590.0℃，釬焊二區(qū)設(shè)定溫度595.0℃，釬焊三區(qū)設(shè)定溫度605.0℃，釬焊四區(qū)設(shè)定溫度610.0℃，釬焊五區(qū)設(shè)定溫度615.0℃，釬焊六區(qū)設(shè)定溫度610.0℃；（2）網(wǎng)帶速度設(shè)定值分別為560.0mm/min，780.0mm/min，960.0mm/min；（3）釬劑噴淋濃度設(shè)定值為3.0%～6.0%；（4）釬劑涂覆濃度設(shè)定

值為28.0%～33.0%；（5）氮?dú)鉂舛仍O(shè)定值為99.98%；（6）氮

氣壓力設(shè)定值為0.02MPa～0.03MPa；（7）烘干溫度設(shè)定值為220.0℃；（8）含氧量設(shè)定值為0～70.0ppm；（9）擺放密度設(shè)定值為3.0件/m。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在網(wǎng)帶速度取值過快的情況下，即便溫度已經(jīng)達(dá)到釬料熔點(diǎn)溫度，但釬料熔化并不完全，僅集中于低熔點(diǎn)相區(qū)域，主要原因是受到保溫時(shí)間過短的影響，母材與釬料接觸不完全，無法集中擴(kuò)散。當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為960.0mm/min時(shí)，釬縫為主要成分，Al-Si共晶組織呈均勻分布，外表為多邊形。同時(shí)，釬料與母材之間尚未形成α（A1）殘余層，最直接原因?yàn)槟覆呐c釬料之間接觸時(shí)間受到網(wǎng)帶速度以及保溫時(shí)間影響，并未有效擴(kuò)散。當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為780.0mm/min時(shí)，釬縫組織中可見深色Al-Si共晶組織以及白色α（A1）白色晶粒，且該組織出現(xiàn)在母材與釬縫交接部位，并沿釬縫中心生長。釬焊加工結(jié)束并自然冷卻凝固期間，釬焊接縫部位金屬沿反散熱方向潔凈，最終形成Al-Si共晶體。當(dāng)網(wǎng)帶速度取值560.0mm/min時(shí)，母材與釬縫交界部位會(huì)出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象且比較明顯，主要原因是受到網(wǎng)帶速度影響，保溫時(shí)間長，在高溫狀態(tài)下釬料表現(xiàn)出了非常理想的流動(dòng)性能，且高溫驅(qū)使釬料中Si元素向母材擴(kuò)散，導(dǎo)致母材成分產(chǎn)生改變，降低固相溫度，最終導(dǎo)致溶蝕問題的產(chǎn)生。根據(jù)上述結(jié)果顯示：在汽車散熱器釬焊加工過程中，當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為560.0mm/min或960.0mm/min時(shí)，產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)較為明顯的漏氣現(xiàn)象，釬焊加工質(zhì)量不合格，為避免漏氣，保證產(chǎn)品質(zhì)量，建議在釬焊加工過程中將網(wǎng)帶速度控制為780.0mm/min。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

以上實(shí)驗(yàn)在確定汽車散熱器釬焊工藝釬焊溫度的基礎(chǔ)之上，重點(diǎn)研究保溫時(shí)間（由于保溫時(shí)間無法確定，故以網(wǎng)帶速度作為參考指標(biāo)）對釬焊接縫組織性質(zhì)的影響，對比在網(wǎng)帶速度影響下，釬焊接縫金相組織呈現(xiàn)結(jié)果的差異性。結(jié)果顯示：當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為960.0mm/min時(shí)，釬料與母材之間尚未形成α（A1）殘余層，釬料呈現(xiàn)不完全熔現(xiàn)象；當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為560.0mm/min時(shí)，母材與釬縫交界部位會(huì)出現(xiàn)溶蝕現(xiàn)象且比較明顯，接縫周邊母材溶蝕現(xiàn)象明顯，且交接部位可能出現(xiàn)微量釬料流失現(xiàn)象；當(dāng)網(wǎng)帶速度取值為780.0mm/min時(shí)，所獲得的釬焊接縫組織性質(zhì)最佳，建議在釬焊加工過程中將網(wǎng)帶速度控制為780.0mm/min。

3 散熱器釬焊工藝優(yōu)化

針對汽車散熱器釬焊加工后期出現(xiàn)的溶蝕問題以及未焊合問題等質(zhì)量缺陷，應(yīng)當(dāng)基于對缺陷產(chǎn)生原因的深入分析，制定科學(xué)有效的措施，改進(jìn)原方案中散熱器爐釬焊加工的基本參數(shù)，從而在確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，提高合格率以及生產(chǎn)效率，并促進(jìn)生產(chǎn)成本的控制。

3.1 釬焊規(guī)范的合理選擇

在汽車散熱器釬焊加工期間，烘干溫度、釬焊溫度、保溫時(shí)間、散熱器爐內(nèi)含氧量、網(wǎng)帶速度以及工件擺放密度等一系列參數(shù)存在相互制約與影響的關(guān)系。確定散熱器爐內(nèi)含氧量、網(wǎng)帶速度以及工件擺放密度等一系列參數(shù)后，對釬焊焊接參數(shù)的選擇主要需要考慮保溫時(shí)間以及釬焊溫度這兩項(xiàng)，而這兩項(xiàng)參數(shù)之間可以選擇的配合方式包括兩類：第一是硬規(guī)范，即網(wǎng)帶速度大，釬焊溫度高。本規(guī)范通暢適用于鋁合金材料焊接加工，但受到溫度影響，會(huì)增加釬料潤濕性，加工期間流失可能性大，母材還可能因溫度過高而出現(xiàn)溶蝕等質(zhì)量問題，導(dǎo)致釬焊焊縫出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量缺陷；第二是軟規(guī)范，即網(wǎng)帶速度小，釬焊溫度低。選擇這種規(guī)范進(jìn)行釬焊加工，整個(gè)加工期間溫度平穩(wěn)，焊接質(zhì)量對焊接參數(shù)波動(dòng)的敏感程度小，溫度場分布平緩，釬料流失可能性低，但能耗大以及生產(chǎn)效率低仍然是本規(guī)范存在的主要問題。

3.2 釬焊方案優(yōu)化

根據(jù)前文中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見：在汽車散熱器中，釬焊加工保溫時(shí)間以及加熱溫度均會(huì)對釬焊接頭質(zhì)量產(chǎn)生非常重要的影響。散熱器水室與主片爐中釬焊后發(fā)生溶蝕等質(zhì)量缺陷的可能性較大，還可能伴隨產(chǎn)生釬料流失、未焊合等質(zhì)量問題，必須在釬焊加工方案中加以優(yōu)化。原始方案中，釬焊一區(qū)設(shè)定溫度590.0℃，釬焊二區(qū)設(shè)定溫度595.0℃，釬焊三區(qū)設(shè)定溫度605.0℃，釬焊四區(qū)設(shè)定溫度610.0℃，釬焊五區(qū)設(shè)定溫度615.0℃，釬焊六區(qū)設(shè)定溫度610.0℃，網(wǎng)帶速度設(shè)定為780.0mm/min；優(yōu)化后A方案中，釬焊一區(qū)設(shè)定溫度595.0℃，釬焊二區(qū)設(shè)定溫度600.0℃，釬焊三區(qū)設(shè)定溫度610.0℃，釬焊四區(qū)設(shè)定溫度615.0℃，釬焊五區(qū)設(shè)定溫度620.0℃，釬焊六區(qū)設(shè)定溫度615.0℃，網(wǎng)帶速度設(shè)定值為820.0mm/min；優(yōu)化后B方案中，釬焊一區(qū)設(shè)定溫度610.0℃，釬焊二區(qū)設(shè)定溫度615.0℃，釬焊三區(qū)設(shè)定溫度620.0℃，釬焊四區(qū)設(shè)定溫度630.0℃，釬焊五區(qū)設(shè)定溫度630.0℃，釬焊六區(qū)設(shè)定溫度625.0℃，網(wǎng)帶速度設(shè)定為1150.0mm/min。

在中央集中控制柜處輸入優(yōu)化后A方案所對應(yīng)的相關(guān)工藝參數(shù)。優(yōu)化后A方案中，釬縫與母材界限明顯，在釬縫與母材的邊界處均勻的分布著白色的α（A1），存在明顯的柱狀晶體；優(yōu)化后B方案中，釬縫出現(xiàn)部分未焊合，影響散熱器水室的氣密性。綜合以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論為：優(yōu)化后B方案所加工工件氣密性較差，存在嚴(yán)重泄露，雖然生產(chǎn)效率高，但加工工件合格率低下，故不建議使用。在保證釬縫質(zhì)量的前提下網(wǎng)帶速度為820.0mm/min 的生產(chǎn)效率高于網(wǎng)帶速度 780.0mm/min，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)先選用820.0mm/min的網(wǎng)帶速度。

4 結(jié)束語

本文即在概述汽車散熱器構(gòu)成的基礎(chǔ)之上，對釬焊工藝進(jìn)行研究，并以實(shí)驗(yàn)方式指導(dǎo)對釬焊工藝的合理優(yōu)化，望能夠更好的保障汽車散熱器的散熱性能符合要求，提高釬焊制造合格率。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析得出結(jié)論：在保證釬縫質(zhì)量的前提下網(wǎng)帶速度為820.0mm/min 的生產(chǎn)效率高于網(wǎng)帶速度 780.0mm/min，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中優(yōu)先選用820.0mm/min的網(wǎng)帶速度，以該參數(shù)確保釬焊加工的整體質(zhì)量以及所成型散熱器的合格率。

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