铝散热器空气炉中钎焊工艺及设备

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本所某大功率合成设备用散热器(图1)，该结构的散热器体积较大，壁厚相差大。曾采用盐浴钎焊(外协)加工，但发现焊后清洗困难且清洗后的散热器易吸潮而引起腐蚀。 ( r2 Z7 w( g6 z8 a+ _* X

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图1　散热器示意图

　　氟化物钎剂具有不吸潮，钎渣难溶于水，去膜能力强，钎缝致密性好，钎焊接头耐蚀性好等特点^［1］，但钎剂配制质量的好坏直接影响钎焊质量的好坏，而成品氟化物钎剂具有长期稳定的活性^［2］。铝硅锶镧钎料流动性能、机械性能、耐腐蚀和镀覆性能均良好^［3］。本工艺采用成品氟化物钎剂，配合铝硅锶镧钎料，在空气炉中钎焊散热器，取得良好效果。

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1　钎焊设备

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1.1　钎焊炉的主要结构组成
　　该炉由控制系统、可动炉体和推车三部分组成，如图2所示。

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图2　钎焊炉结构示意图

1.2　钎焊炉工作方式
　　炉体预热?炉罩上升?推车移出?工件放置
?推车复位?炉罩下降?钎焊?出炉
1.3　炉温测控系统
　　该系统主要由AI人工智能工业调节器、小型圆图温度记录仪、可控硅模块、各功能按钮及仪表等组成。将设定值输入AI人工智能工业调节器(温度和时间)，由调节器控制可控硅模块，通过调整一个固定的时间内可控硅通断比例来实现输出功率大小变化，从而达到连续调节加热炉功率的目的。小型圆图温度记录仪通过热电偶的转换，可分别记录炉膛温度和钎焊工件温度(模拟)与时间的曲线，有利于钎焊工艺的分析和参数的调整。该控制系统具有测温精度高，控温性能好，操作方便等优点。

2　钎焊工艺

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2.1　母材、钎料和钎剂
　　钎焊使用母材为LF21，钎料为φ1.5铝硅锶镧共晶钎料(HL81-01)，铝钎剂为成品共晶氟化物钎剂。
2.2　加热规范的确定
　　由于该工件厚度较厚，体积较大，采用硬加热规范，把炉膛温度预置到650℃，然后把安置好钎料和钎剂的工件放入炉膛进行加热，待工件温度上升到600℃即可出炉冷却。图3为炉膛和工件温度与时间的变化曲线。
2.3　焊后清洗
　　钎焊后的工件在20％左右的硝酸溶液中清洗，可以得到满意的清洗效果。

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3　钎焊接头性能

3.1　钎焊接头机械性能和金相组织
　　钎焊接头按国标GB2651-89、GB2653-89进行拉伸和弯曲试验，钎焊接头的抗拉强度为100MPa，冷弯角为145^°，拉伸试样断裂部位都在母材，表明钎缝的强度比母材高，弯曲试验表明钎焊接头塑性较好。分析钎缝的金相组织，该组织为典型的α～A1＋Si共晶组织，但由于铝硅锶镧钎料中锶镧的变质作用，共晶硅由粗大片状变成细粒状，所以钎焊接头机械性能得到提高。

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图3　炉膛和工件温度随时间变化曲线

3.2　交变湿热试验
　　结合整机要求，将清洗后的散热器按GJB367.2-87进行交变湿热试验，周期为48h，钎缝表面保持金属光泽，无腐蚀现象发生。

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4　生产应用

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　　在空气炉中钎焊如图1所示铝合金散热器共15件，焊接过程稳定，可操作性好，钎焊后的工件经检验，钎缝连续、圆角饱满、没有溶蚀和未焊透缺陷。

5　结论

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5.1　研制的钎焊炉具有结构合理、控温性能好和操作方便等特点。
5.2　在普通空气炉钎焊散热器，采用成品氟化物钎剂，配合铝硅锶镧钎料，钎焊质量良好，完全能满足散热器生产需要。