山东大学探索铝制散热器真空纤焊最佳工艺参数

上海交通大学材料科学与工程学院,上海;山东大学材料科学与工程学院,山东济南)探索铝制散热器真空纤焊最佳工艺参数,然后对散热器进行水压试验,并对试件断口进行了分析。同时对钎焊接头进行了金相试验、扫描电镜实验以及点成分分析。试验结果说明,在选定的工艺参数之下,钎焊接头水压试验数值能达到MPa,钎焊断口呈混合断裂的形式。在钎缝中生成了网状的共晶组织,皮层中的Si熔融之后重新结晶,形成条状的Si在晶粒边界上析出,这些富Si相的存在成为了接头断裂的一个主要原因。关键词:铝质冷却器;断口;共晶组织中图分类号:;TG454文献标识码:A文章编号:1001-4837(2004)12-0012----,,,China;,,,China):e...e.joint.ocess..rich-.:;;re铝合金具有较高的机械强度和抗腐蚀性能,冷却器的制造行业中,铝制冷却器正在逐步取代原有的不锈钢和铜制冷却器就需要严格控制焊接工艺。

这种冷却器广泛应用于汽车发动机的水冷以及中型空调的冷却,是保证正常工作的关键部件之一,因此焊接质量尤其重试验材料实验中所用的材料为LT-铝合金,这种铝合金为三层包覆合金,3003铝合金,皮层为4004铝合金,皮层金属在焊接中起钎料的作用。皮层金属和芯层金属的化学成分见表1所示。图1示为铝制散热器真空钎焊真空钎焊工艺曲线。铝制板翅式冷却器的生产工艺流程为:板材、翅材料余量皮层(4004)降温冷却段图1铝制散热器真空钎焊工艺曲线片轧制成型!板材翅片表面清洗!组合装配!真空钎焊!质量检验。将焊接好的铝制冷却器做即水压试验,检验冷却器所能承受的最大压力。采用线切割机在铝制冷却器钎焊接头部位切取焊接试样,钎焊接头区的显微组织进行分析。铝制散热器的外形如图2所示,每一个散热器都是由4~片散热片组成,在相临两个散热片之间用来增大散热面积。为了能更加清楚的说明铝制散热器的内部构所示为单一板材的示意图。每一片散热板都是由上下两个LT-板材焊接而成,中间形成空垫片和板材的接触位置#板材的接触位置%都是在真空钎焊过程中一次焊接成形的,要求钎焊接头致密无缺陷并且能达到水压试验的要求。

真空钎焊技术是铝制冷却器制造的关键技术。图2铝制散热器外形示意图图3散热器单片散热板示意图水压试验为了确定铝制冷却器的最佳钎焊工艺参数,示为实验中采用的一系列工艺参数。表2铝质冷却器真空钎焊工艺参数序号钎焊温度(保温时间(min)真空度(Pa)降温有无保温钎焊结果皮层过度熔化,形成熔滴05628外形良好,局部未焊合可以得到焊接工艺参数对水压试验数值的影响,也就是对焊接质量的影响。图4所示为焊接工艺参数对水压试验数值的影响。可以得出钎焊温度和保温时间对钎焊之后接头的性能有重要的影响。随着钎焊温度的升高,保温时间的延长,接头的强度随之增强,但是如果钎焊温度太高,保温时间过长,金属过多熔解到熔融的钎料中,将造成一系列的不第21卷第12芯层强度在焊接过程中下降,造成板材的塌陷,工件的变形;钎缝中的晶粒长大,造成钎焊接头的强度下降,不能达到水压试验的要求。通过工艺试验以及配套的水压试验,确定比较图4冷却器工艺参数对钎焊接头水压试验压力的影响成功的真空钎焊工艺参数为表2中06号工艺参数,在这样的工艺参数下,能获得性能优良的接头,水压试验能达到15MPa。

将选定工艺参数下水压试验破坏的接头进行断口分析,观察宏观断口,断口表面颜色比较暗,反射的状态,这说明没有大的解理面存在,然后对接头进行扫描电镜分析,所示为06号工艺参数下的断口扫描照片。06号工艺参数下散热器断口扫描电镜照片进行分析可以看到,断口呈现一种混合断裂的形式,表面上存在有韧窝,小的解理面,二次裂纹等断裂形式。图5(中方框位置的局部放大图像。图5(并且在韧窝的底部箭头所指的位置可以看到一条二次裂纹。从图中韧窝的形态可以看中则可以明显见到解理断裂的特征。图样上有解理台阶以及沿晶断裂的特征,由于晶粒和晶粒C的取向不同,起源于晶粒的阶梯状断口也在晶粒C处引起了断裂,并且两个晶粒之间微裂纹相互联系。该台阶指向裂纹向晶粒扩展的方向,大约与水平面呈105(整个断裂平面布满了二次断裂的裂纹,其中最明显的是箭头所指的几条裂纹。在大韧窝裂纹穿过韧窝A,裂纹的扩展方向与韧窝的发展方向大体一致。而在照片下部处的裂纹是一个单独的裂纹,从其断裂趋势可以看出,也是从上向下开与水平面呈90(角,从照片中可以明显的看到此裂纹的裂纹源。这一条大的二次裂纹直接影响了周围小的二次裂纹的取向,使得小的二次裂纹或者从这条裂纹起源,或者和这条裂纹合并为一条。

可见,在铝制冷却器钎缝的断裂界面上没有大的河流状解理断口,主要是以韧窝为主,在有局部的解理花样,以及一些二次裂纹。裂纹及 解理面的扩展方向与水平面成90(~ 120(角。 为了能与06 号试样的断口形貌进行对比分析, 还对04 号试样的断口进行了扫描电镜分析, 示为04号试样断口的扫描电镜图样。 中的方框部分放大到1000 所得到的图样。在提高了钎焊温度,延长了保温时 间之后, 从断口图像上分析, 整个断口呈现一种脆性 断裂的形貌, 整个断口布满大大小小的解理面, 中可以看到,断面上布满了小的解理面、撕裂棱 CPVT铝制散热器真空钎焊性能及微观组织研究 2004 和显微裂纹, 为裂纹的方向与撕裂棱的方向基本垂 直。综合以上这些说明, 在钎焊温度 635 保温11min 的工艺参数下, 工件在水压试验时脆性断裂, 接头强度明显下降。 04号工艺参数下散热器断口扫描电镜图像 工件所受的应力状态是工件产生断裂的重要原 因。铝制冷却器进行水压试验时, 冷却器的接头处 于三向应力状态。铝制冷却器钎缝的断裂过程是这 界面上裂纹的产生!裂纹亚临界状态扩展!裂纹扩展到最大水压力在剩余截面上产生的应力达 到该钎缝缺口拉伸强度或裂缝长度达到钎缝断裂韧 性允许的临界值时, 就发生急剧破坏的破断过程。

钎缝组织结构铝制冷却器的的断裂形貌与钎缝中生成的组织 有密切的关系。图7 所示为其中一个钎缝的示意图 以及金相照片。 为了能比较真空钎焊前后组织的不同, 分别对 图7冷却器单个接头示意图及实际金相照片 钎焊前母材和钎焊后焊缝的金相对比照片钎焊之前母材和钎焊之后的钎缝进行了金相分析, 可见,在真空钎焊之前, 母材中的Si 呈不规则的颗粒状,而且其中布满了黑色的质点, 母材起强化作用。但是在焊接之后,在原来母材的 位置生成了钎缝, 钎缝中形成了网状的共晶组织。 将其中的网状的共晶组织放大, 可以得到如图9 示的共晶组织。从金相照片中可以看到钎缝中生成了共晶组 第21卷第12 边界由长条状的相组成,对这些相进行点成分分