真空釬焊時長對鋁制板翅式散熱器釬焊質(zhì)量的影響研究

李雪妍，張權(quán)笠

（貴州永紅航空機(jī)械有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

鋁合金因?yàn)榫哂忻芏刃?、比?qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、抗腐蝕性好的特點(diǎn)，在熱交換器上被廣泛地應(yīng)用，應(yīng)用越來越廣泛，并逐步替代銅或鋼的材料[1-2]。真空釬焊技術(shù)因變形小、外觀質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)簡單、加工效率高等、環(huán)保特點(diǎn)，越來越被作為鋁合金熱交換器的主要加工工藝，已基本替代鹽浴釬焊等傳統(tǒng)工藝。對于真空釬焊，20 世紀(jì)70 年代，國外已經(jīng)開始研究鋁合金的真空釬焊?，F(xiàn)階段，美、英、日已經(jīng)處于高質(zhì)量批量生產(chǎn)階段，而我國真空釬焊起步晚，主要用于火箭發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)等不銹鋼的的釬焊。國內(nèi)外學(xué)者對鋁及鋁合金真空釬焊機(jī)理及鋁散熱器真空釬焊工藝技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，并取得了一批研究成果，但對鋁制板翅式散熱器真空釬焊工藝技術(shù)研究報(bào)道較少，在關(guān)鍵的生產(chǎn)工藝中還存在著影響鋁制板翅式散熱器真空釬焊質(zhì)量及其穩(wěn)定性的問題[3-4]。

鋁制板翅式散熱器在真空釬焊過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性較差，因有較多的關(guān)鍵因素未被明確并加以控制。并且在各種關(guān)鍵影響因素之間還存在交互影響，這讓關(guān)鍵因素的控制變得更加復(fù)雜。本研究主要從釬焊溫度和保溫時間的變化，對釬焊縫質(zhì)量及泄漏點(diǎn)數(shù)進(jìn)行研究和改善。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)件的規(guī)格為300 mm × 62 mm × 206 mm，試驗(yàn)件由冷、熱邊封頭、冷、熱邊翅片、釬接板和側(cè)板六種零件組成，試驗(yàn)?zāi)覆倪x用3003 鋁合金，釬接板材料為4004/3003/4004，見圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)件

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用VAB-600A 真空鋁釬焊爐，主要技術(shù)指標(biāo)：有效加熱區(qū)為4100 mm × 1000 mm× 1050 mm，極限真空度為6.7 × 10-4Pa，加熱功率為600 kW，壓升率為0.2 Pa/h，最高溫度為700 ℃，最大裝爐量為4500 kg，如圖2 所示。

圖2 釬焊爐

1.2.1 釬焊溫度及時間跟產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

通過在線跟蹤200 套產(chǎn)品，記錄釬焊溫度及時長，釬焊后統(tǒng)計(jì)釬焊縫泄漏數(shù)，用Minitab 19 進(jìn)行二進(jìn)制邏輯回歸，并畫出泄漏概率散點(diǎn)圖。

1.2.2 樣件釬縫試驗(yàn)

將每一批試驗(yàn)零件進(jìn)行清洗，清洗好后，隨不同釬焊參數(shù)進(jìn)爐釬焊，記錄釬焊溫度及時間，焊后對試驗(yàn)樣件進(jìn)行釬縫解剖分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 釬焊溫度及時間跟產(chǎn)品焊后泄漏數(shù)關(guān)系試驗(yàn)

試驗(yàn)采用的釬接板材料為4004/3003/4004，化學(xué)成分見表1。其釬料熔化溫度：577～590 ℃；釬料4004 的液相線是590 ℃，因此我們研究工件溫度超過590 ℃的時長對釬焊縫氣密合格率的影響是很有必要的。跟蹤記錄產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上的時長以及釬焊氣密試驗(yàn)結(jié)果，共隨機(jī)跟蹤了200 件產(chǎn)品，其工件溫度達(dá)到590 ℃以上的時長與釬焊氣密試驗(yàn)結(jié)果的散點(diǎn)圖如圖3 所示，在散點(diǎn)圖上可以看出其左側(cè)和右側(cè)的泄漏的數(shù)量明顯多于中間部分，可能存在泄漏概率先降低再增加的情況，采用箱線圖（圖4）找到樣本的產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上的時長的中位數(shù)442，以中位數(shù)為分界線將數(shù)據(jù)分為A、B兩組。

表1 4004 與3003 的材料化學(xué)分

圖3 產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上時，釬焊時間與釬焊氣密試驗(yàn)結(jié)果

圖4 產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上的時長箱線圖

分別將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行二進(jìn)制邏輯回歸分析，其化學(xué)成分見表2、3，試驗(yàn)結(jié)果如圖5 和圖6 所示。

圖5 A 組產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上時長的散點(diǎn)圖

圖6 B 組產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590℃以上時長的散點(diǎn)圖

由表2、圖5 可以看到，擬合優(yōu)度檢驗(yàn)的結(jié)果P值大于0.05，證明模型是可用的，根據(jù)散點(diǎn)圖可以看出，如果需要將泄漏概率控制在5%以下，則需要將產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上的時長控制325 s 以上。

由表3、圖6 可以看到，擬合優(yōu)度檢驗(yàn)的結(jié)果P值大于0.05，證明模型是可用的，根據(jù)散點(diǎn)圖可以看出，如果需要將泄漏概率控制在5%以下，則需要將產(chǎn)品工件溫度超過590 ℃的時長控制625 s 以下。

表3 B 組擬合優(yōu)度檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 樣件釬縫試驗(yàn)

試驗(yàn)樣件隨不同釬焊參數(shù)進(jìn)爐釬焊，記錄釬焊溫度及時間（表4）。

表4 樣件編號及釬焊時長

樣件釬焊縫狀態(tài)如圖7～12 所示。

圖7 1 號試驗(yàn)樣件（300s）

圖8 2 號試驗(yàn)樣件（325s）

圖9 3 號試驗(yàn)樣件（475s）

圖10 4 號試驗(yàn)樣件（625s）

圖11 5 號試驗(yàn)樣件（650s）

從圖7～11 可以看出，隨著產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上時長的增加，釬料的流動性增加，釬料的填縫能力增加，能夠釬焊上的間隙逐漸增大，這是因?yàn)樵诔^590 ℃后，釬料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完全熔化，釬料在母材上潤濕和鋪展，足夠的時長可以使釬料都超過液相線590 ℃，并且完成潤濕和鋪展過程。但是隨著釬焊時長的進(jìn)一步增加，熔融狀態(tài)的釬料會從釬焊接頭中流走，即為釬料漫流。

3 結(jié)論

當(dāng)釬焊時長過小時，釬焊熱輸入量小，釬料的流動性差，釬焊縫不能被潤濕，釬焊縫失效；隨著釬焊時長的增加，熱輸入量增大，釬料流動性會變好，釬焊縫的結(jié)合會變好，但是隨著釬焊時長的進(jìn)一步增加，熱輸入量持續(xù)增大，釬料會出現(xiàn)漫流現(xiàn)象，釬焊縫形成通孔，釬焊縫失效。而在生產(chǎn)中要將泄漏概率控制在0.05 以下，應(yīng)將產(chǎn)品工件溫度達(dá)到590 ℃以上的釬焊時長控制在325 ～625 s 之間。