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铝合金散热器真空钎焊及热处理工艺分析

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铝合金散热器是以铝合金为原材料制备而成的散热设备，以其适应能力强、质量轻、热传导效率高、结构紧凑等优势，在日常生活与生产中得到广泛应用。随着铝合金散热器需求量的不断提升，以及经济建设与社会发展过程中对能源利用要求的不断提高，散热器高性能化、轻量化、低成本化成为必然趋势，是当前生产企业以及相关研究人员关注与思考的重点问题。

1 铝合金散热器真空钎焊工艺分析

1.1 理论分析

1.1.1 真空钎焊工艺

随着钎焊技术水平的不断提升，其方法日渐多样（如烙铁钎焊、波峰钎焊、激光钎焊、真空钎焊、气相钎焊等）可满足不同焊接需求[1]。在铝合金散热器中，真空钎焊的综合效益较好。相对于传统铝合金散热器焊接工艺而言，真空钎焊优势具体体现在：（1）适应性强，能够在铝、铝合金、合金钢、铜等众多材料中运用，可有效满足铝合金散热器设计要求；（2）无污染，真空钎焊在真空条件下进行，无钎剂使用，达到无公害、无环境污染焊接处理要求；（3）焊接质量高，钎料流动性好，湿润性强，工件不氧化，适用于结构复杂、精密度要求高等器件焊接，利于产品成品率提升[2]。

1.1.2 铝合金散热器真空钎焊影响因素

在实践操作过程中，真空钎焊出现钎料流失、焊接不到位、焊脚不饱满、原材料腐蚀、散热器结构变形、母材表面溶蚀等缺陷。

对上述问题形成原因进行探究，影响因素主要有原材料、真空钎焊温度、焊前清洗、钎焊环境、保温时间、真空度等。

1.2 实践分析

为进一步掌握铝合金散热器真空钎焊工艺，提升一次焊接合格率，以铝合金板翅式散热器真空钎焊为例，就其工工艺流程及操作要点进行了如下分析。

1.2.1 明确产品结构及其焊接要求

本研究中的铝合金板翅式散热器结构较为复杂，由封条、复合板、翅片、导流片等众多结构组成。加之，在产品设计上将封条结构进行了调整，改传统长条状结构为梯形状结构（如图1所示）。同时，真空钎焊宽度降至2.5mm，翅片厚度不超过0.2mm。这在一定程度上进一步提高了真空钎焊难度。需要在实践操作过程：（1）保证钎着率，提高钎焊接头强度；（2）钎焊密封无泄漏；（3）严格控制真空钎焊温度与保温时间，以免翅片溶蚀。

图1 铝合金板翅式散热器封条结构

1.2.2 科学选择散热器真空钎焊钎材

铝合金散热器母材选用6 系铝合金板材。该母材具有加工性能好、韧性高、抗腐蚀等优势，是工业生产中应用较为广泛的铝合金材料。

研究表示在6061 铝合金产品真空钎焊过程中，钎料具有加强适用性，能够满足产品真空钎焊与热处理工艺需求[3]。

本研究中最终确定以4 系铝箔钎料为铝合金散热器钎焊钎材, 钎料附着在金属材料上后形成的包裹层厚度大于0.01mm，小于0.05mm。钎料化学成分如表1。

表1 钎料化学成分（质量分数）/%类别成分钎材 Si Fe Cu Mn Mg Zn Al 熔化温度/℃ 钎焊温度/℃ 9.0-11.0 0.8 0.25 0.1 1.0-2.0 0.2 余量 556-592 590-606

1.2.3 工艺参数科学制定与严格把控

（1）焊前零件清洗：采用具备清洗彻底、无污染、自动化控制等优势的超声波清洗法在焊前对原材料进行清洗，以达到氧化皮、浮油、油斑等有效去除目的。在此过程中蒸汽PH 值与温度分别控制在5～8、90℃～93℃，封条、复合板等零件清洗时间设置为2min，翅片清洗时间设置为3min。各零件清洗后置于无尘装配间用专用工具装配，为降低装配环境对产品钎焊质量的影响，将空气相对湿度控制在60%～70%，温度控制在（19±4）℃，装配完成后进行校对。

（2）真空度确定：真空度的精准控制是保证铝合金散热器真空钎焊质量的重要因素。通常情况下，真空炉中氧化性气体容易与钎料成分发生化学反应，生成Al2O3氧化膜，从而影响焊接质量。本研究中将工作真空度控制在1.3×10-3Pa 以内。同时，为避免加热炉开启，外界空气中水分进入炉内影响真空度。在真空钎焊设备使用前试运行一段时间。

（3）加热方式、钎焊温度与保温时间控制：运用阶梯升温法进行加热，由于产品所用母材为6 系铝合金板材（化学成分如表2），固相线温度为616℃，钎料液相线温度为600℃，故设计第一段定温360℃，保温60min；第二段定温520℃，保温60min；第三段定温570℃，保温30min；第四段定温615℃，保温20min（具体如图2）。

文章来源：《热处理技术与装备》网址: http://www.rcljsyzb.cn/qikandaodu/2021/0207/347.html