铝真空钎焊技术的介绍

说到铝真空钎焊首先要知道真空铝钎焊的机理和工艺特点:
铝合金真空钎焊时, 其产品表面的氧化膜影响液态钎料的湿润和流动。真空钎焊过程中, 如果不能有效地去除零部件表面的氧化膜, 就难以形成优质的钎焊接头。为了去除氧化膜和防止铝在真空钎焊过程中再形成氧化膜, 在钎料中加入少量的镁作为活化剂, 能够有效地促使零件表面氧化膜的破碎、离散, 液态钎料的湿润和铺展。铝合金的真空钎焊是一个复杂的过程, 它即包括物理变化也包括化学变化。由于氧化铝膜的线膨胀系数只有铝的线膨胀系数的三分之一左右。根据计算, 在温度高于400℃后, 热应力足以使氧化铝膜局部开裂, 露出纯净的铝表面。而钎料中的镁在550℃以上开始大量挥发。在真空钎焊炉的加热室内形成一种含镁的气氛, 保护露出的铝表面不再氧化。

另一方面通过氧化铝膜上的缝隙渗入铝合金表面, 形成合金, 局部熔化, 进一步掘进氧化膜。液态钎料在无氧化膜的新鲜表面上产生湿润和流动, 并在毛细力的作用下填充焊缝形成焊角。由以上叙述可知铝合金的真空钎焊必须在高真空状态下进行, 一般要在10-3Pa 数量级。若真空度低于10-3Pa, 则镁蒸发后立即与真空钎焊炉中微量的氧和水分纸子结合, 不能形成保护性的镁气氛, 使刚露出来的新鲜铝表面又立即氧化, 如果不能去除氧化膜, 会造成液态钎料不能湿润和流动。对于散热器产品来说, 散热器产品由于表面积比较大, 吸附的气体量也很多, 在加热过程中会大量放气, 使真空度降低。为了保正真空钎焊炉的真空度, 因而必须选择有较大抽速的真空机组（抽空速率：大气至5.0×10-4Pa不大于30min。）Al-Si-Mg 钎料的熔点接近铝的熔点, 因而其钎焊温度范围很窄, 一般在595～615℃之间。而对于热交换器类结构来说一般尺寸都较大而空间分布上又很不平衡, 并且大都是薄壁材料, 因此对真空钎焊炉的加热区的温度均匀性要求很严, 一般不超过±3℃（空炉、九点测温）, 因此需要对真空钎焊炉的加热区温度进行分区控制。下雨天可增加200℃烘炉。保温60分钟。真空度小于 5*10-2Pa. SIMUWU 铝钎焊真空炉具有良好的温度均匀性与较高的真空度为国内外许多著名的汽车零部件制造公司服务，例如法雷奥，UFI， SWEP等。

真空钎焊钎焊工艺：由室温20分钟升温至360℃或8-10℃/S的升温速率，保温40-60分钟（具体看产品入炉数量）温差不超过± 25℃真空度小于 7.5*10-3,25分钟升温至470℃或6-8℃/S的升温速率。工件芯体温度高于330℃时保温60-100分钟，温差不超过± 15℃。真空度小于 6.5*10-3。20分钟升温至520℃，工件芯体温度高于510℃时保温60分钟 温差不超过± 10℃,真空度小于5.0*10-3。15分钟升温至570℃，或以15-20℃/S的升温速率,工件芯体温度高于560℃时保温50分钟,温差不超过±5℃.10分钟升温至620℃，或以10-15℃/S的升温速率工件芯体温度598℃-605℃时保温20到50分钟，10分钟降温至603℃，保温10-30分钟。温差不超过±2℃.冷却到500℃以下出炉。
真空度达到5×10-3pa时才能打开加热钎焊程序,铝真空钎焊段必须保证真空度达到3×10-3Pa。

铝合金材料在真空钎焊过程的去膜机理

在达到钎焊温度598-605℃时基体金属急剧膨胀，使表面氧化膜开裂，液态钎料由开裂处流入氧化膜层下，.把铝合金材料表面的氧化膜揭起并进一步挤碎。Al 表面很容易生成一层致密且稳定、熔点很高(约2050℃) 的A l2O 3 膜, 真空钎焊时阻碍钎料和母材的润湿和结合。Al 和铝合金的真空钎焊不使用钎剂, 而是在真空条件(3-5.0×10- 3 Pa) 下, 借助蒸气压较高、对O2的亲和力比Al 大的Mg 作金属活化剂去膜, 并将M g作为合金元素加入铝硅钎料中。国内市场售真空钎焊用铝硅钎料中Mg的含量一般控制在1%～1.5%。

铝真空钎焊去膜的机理如下 ：

1、Al2O3的热膨胀系数只有铝的1 /3，铝急剧膨胀，使得氧化膜开裂。
2、加热时Mg 的挥发破坏钎料表面的氧化膜。
3、 挥发的Mg 与真空中残存的CO2、O2和水蒸气反应:
2Mg + O2 = 2MgO
Mg + H2O = MgO + H2
Mg + CO2 = MgO + C
3Mg + Al2O3 = 3MgO + 2Al
4、材料中挥发的Mg 蒸气渗入膜下母材表层，与扩散进入的Si 一起，使此表层形成低熔点的Al-Si-Mg 合金而熔化，将表面氧化膜浮起去除。
5、液态钎料的吸附作用使氧化膜强度下降，破碎弥散并溶入钎料中，液态钎料得以润湿母材。
6、工作真空可为钎料良好的润湿和流动提供干净的表面，同时影响固-气、液-气的界面张力，提高钎料的润湿性。
真空钎焊对钎焊前零件表面的清洁度、粗糙度、装配质量、配合公差等的影响比较敏感，对工作环境和工人理论水平要求较高，真空钎焊时，为了获得优质的钎缝，关键的条件是使液态钎料能够充分地流入并致密地填满全部钎焊间隙，并与母材基体金属很好地进行相互的物理化学作用，形成新合金，在冷凝结晶后，得到合乎要求的钎焊接头。真空钎焊为无油、无湿、清洁、无尘的条件下进行装配。目前一般车间工作环境粉尘多，真空钎焊炉故障率较高，真空钎焊后的产品表面颜色不理想，有轻微氧化。真空钎焊工艺对零件表面的除油要求十分严格，即使光洁的表面，如果存在油污进行真空钎焊时，这些油污经过加热后残留在产品零部件表面，会起阻钎剂的作用，破坏液态钎料对母材的润湿铺展和良好的钎缝成形。目前许多公司采用在三氯乙烯或三氯乙烯代替品SKIESOL-溴克隆蒸气中除油，即把要除油的工件置于三氯乙烯或三氯乙烯代替品SKIESOL-溴克隆蒸气中，借蒸气与冷的工件接触时凝聚成的液体溶解工件上的油污(实践证明比传统清洗工艺效果好，许多单位原酸碱清洗工艺换上了汽相清洗设备）。

超声波清洗的原理
人耳一般对每秒振动约20～18000次（18KHZ）的频率范围有反应。大于20KHZ的声波叫超声波。超声波是一种交变声压，超声波在液体中传播时能使液体出现稀疏状态和密集状态，在密集状态区，液体承受正压力，而在稀疏状态区则承受拉力，在拉力集中的地方会形成空穴。空穴不断地产生和闭合、消失，在空穴的周围立即出现高达数百个大气压的巨大压力，伴随着强大的冲击波，对工件表面产生清洗作用，使污物从工件表面上被剥离。这种空穴的产生、消失不断反复的过程，我们称之空化效应。几千个真空泡在1秒钟内快速破裂几千次，其空化效应是十分巨大的，对工件表面产生很强的清洗作用，尤其对盲孔、缝隙以及一般难以清洗的地方都可以清洗得非常干净。我们从能量上分析，大量的空穴的产生，增加了液体的表面积，就要吸收能量，这能量来源于电能转化来的声能。当空穴破裂消失时，表面积减少，必然要把能量释放出来，又转变成机械能和热能。
当气相清洗机超声波的频率增加到几百千赫的高频超声时，空化现象几乎消失，超声能量表现为加速度能量。例如，在950KHZ时，能量将达到重力加速度的105倍，对去除亚微米粒子很有效果。

超声波清洗真空钎焊零部件的工艺流程：

把需要真空钎焊的产品零部件通过上料 →热浸清洗→冷浸超声波漂洗 → 汽相干燥清洗 → 冷却干燥 → 下料
超声波清洗设备操作过程：按照设置好的清洗工艺流程，将工件篮框手动放入进出料装置，由二辆工件移动车自动完成整个清洗过程，最后将工件篮框提出。

超声波清洗机管路工作原理
1、加液由贮液箱至冷漂洗槽；溢流至热浸超声槽、蒸馏机；加至工作状态液位时显示；
2、循环：热浸超声槽泵过滤循环；泵、过滤器、管路等组成；
3、蒸馏机循环：污液至蒸馏机工作液位后蒸馏新液至冷漂洗槽及清洗剂贮槽；
4、设备内循环：清洗液汽化后冷却至回液槽（汽态——液态）经水分离后流入汽洗槽；
5、补液：欠液时自动补液
需要清洗的零部件先在①槽中预热浸泡，再在超声波清洗槽②中清洗，利用超声波的空化效应加速对污染物的溶解和剥离，随后在超声冷漂洗槽③中进行漂洗，漂洗掉残留污物，并使工件冷却，工件和溶剂蒸气之间的温度差越大就越有利于凝露，汽相清洗的效果越好。最后在溶剂蒸气层（浴洗槽）中汽相漂洗，热溶剂蒸气碰到冷的工件产生凝露，溶剂蒸气变成液体，润湿、溶解工件表面的污染物，并像下雨一样下滴，把污染物带走。当工件温度达到溶剂蒸气温度时，凝露不再进行，零部件件表面不再滴液，表示汽相清洗结束。最后把工件提出离开蒸气层至冷冻区，工件稍停留即已完全干燥。因为蒸气是洁净的，清洗过程中没有受到二次污染，故这是一种完全洁净的清洗工艺，可以达到很高的清洁度。

在真空钎焊零部件清洗过程中，清洗溶剂的循环再生过程：沸腾槽—蒸气层—冷凝—水液分离器—流入漂洗槽—溢流到超声槽—溢流到热浸槽–流回到沸腾槽。设备组成：设备由二个超声波清洗槽，一个热浸洗槽，一个蒸气浴洗槽，一个冷冻干燥槽以及冷凝回收盘管、水液分离器等组成。设备配备过滤循环装置，自动补排液阀门，进出料小车，全自动机械手，工业冷水机组、冷冻机组，整机监控系统，空气净化装置，超声波系统，电器控制部分，整机清洗部分为全封闭结构，装有可拆卸的观察检修门，具体结构见以下的说明。设备的配电设施是独立的电控柜。设备上的所有计量仪表都使用公制单位。
工作过程：首先由操作者将待清洗的工件依次放入工装篮内，再将其放置在进料小车上推至上料位，通过感应开关联动由全自动机械手送至第一工位进行清洗，依次经过漂洗、浴洗、干燥之后由全自动机械手提出放置在出料小车上，再由操作者将工件取出转入下道工序即可。设备组成：设备由二个超声波清洗槽，一个热浸洗槽，一个蒸气浴洗槽，一个冷冻干燥槽以及冷凝回收盘管、水液分离器等组成。设备配备过滤循环装置，自动补排液阀门，进出料小车，全自动机械手，工业冷水机组、冷冻机组，整机监控系统，空气净化装置，超声波系统，电器控制部分，整机清洗部分为全封闭结构，装有可拆卸的观察检修门，具体结构见附图和以下的说明。设备的配电设施是独立的电控柜。设备上的所有计量仪表都使用公制单位。
工作原理：首先由操作者将待清洗的工件依次放入工装篮内，再将其放置在进料小车上推至上料位，通过感应开关联动由全自动机械手送至第一工位进行清洗，依次经过漂洗、浴洗、干燥之后由全自动机械手提出放置在出料小车上，再由操作者将工件取出转入下道工序即可。
下图是产品正常超声波清洗作业后用达应笔测试：达应液2秒后均匀不伸缩。
真空钎焊炉工作时：首先要抽真空，去除真空钎焊炉内气体和杂质。气体和杂质中含有多种粉尘，有金属类物质粉尘颗粒、油类物质颗粒、棉纱类物质颗粒等。每类粉尘颗粒中都含有水分，且都有黏滞性和吸附性。空气中金属类粉尘颗粒、油类物质颗粒、水蒸气颗粒的临界蒸汽压不同，其在炉内的蒸发温度、时间也不同。由于不同种物质粉尘的黏滞性和吸附性不同，将影响设备抽真空的时间及提高真空度的能力。真空钎焊炉内的污染直接影响真空的获得和保持，影响产品质量。如污秽，可以成为大量气体和蒸汽的来源，延长抽气时间，使真空度降低，还可以使元器件本身变质。真空炉内的污染还影响工艺的正确执行，要求用于钎焊板翅式铝散热器的真空钎焊炉必须保持清洁、干燥。准备送入真空钎焊炉的待焊散热器、工装夹具都必须保持清洁、无油、干燥。许多单位在装、撤工装夹具一般用润滑油润滑工装夹具的螺丝螺母。这时就需要用挥发油，因为挥发油挥发温度较低不会污染真空钎焊炉。散热器装配工作场地必须有足够的隔离作业面积，不产生粉尘、油污，相对湿度不大于55%。铜、铝生产线必须分开。装配车间人员穿戴必须清洁，不得有油污。装配散热器产品时必须佩戴洁净的细纱白手套。散热器装配人员不得用手套擦汗，散热器装配人员不得不用手套直接接触已经清洗干净零部件，散热器装配人员不得贴靠在装产品上。待组装零件、钎料片及其他工艺辅料，必须放置在专用框架中，并用洁净无油的塑料布盖好，以防灰尘和其他污染物污染。因故不能完成装配的散热器零部件，对已装配部分，必须进行进炉或者用洁净无油的塑料布盖好。装配前弹簧须经检验合格，并分组配对使用。夹具连续闲置时间超过三周的以及新加工的工装夹具，在使用前必须送入真空钎焊炉中进行净化处理。装配产品时每一层的各种零件必须自然平整，无拱起、局部凹凸不平及重叠卡住现象。翅片拼接时，拼接缝上下层应错开排列。检验员必须进行检查合格才能够进真空钎焊炉。换热器产品部装后应及时钎焊。若不能及时进真空钎焊炉，则必须采取防尘、防油、防污染措施。真空钎焊炉外放置时间不允许超过24 h。现在要想提高成品率。必须做好以下几点，具体内容如下。

（1）加强车间工作环境空气的净化，使车间空气中不含可称量质点（尘埃、粉尘），亦不可受酸或其他物质蒸汽污染。四壁与天花板要刷涂防水漆，定期清扫，防止机械微粒落入器件中。地面必须光洁无裂缝，以免积存灰尘，保持一定的干湿度。散热器生产间的周围应有清洁的环境。在一般真空设备装配现场零件存放、包装等处，都应保持严格的环境卫生。
（2）散热器零件的存放和包装，不可用纸和棉织物。较好的防污染材料是玻璃纸、塑料薄膜。
（3）必须经常保持操作工的个人卫生，这个是生产中的重要环节。工人工作服要洁净，手要清洁，即使是清洁的手也不许拿零件，否则会在零件上留下油脂与汗渍，使排气产生困难。维修工作场地应有维修间和装配间分开，维修人员应有深色与白色两套非棉织物工作服，这样才能保证产品的装配的质量。
（4）真空钎焊炉内外应按要求保持洁净状态。要确保真空系统管道的通导能力，应随时清除沉积物。定期更换旋片式真空泵、罗茨泵、扩散泵泵油。

板翅式铝合金散热器真空钎焊工艺参数

板翅式铝合金散热器真空, 钎焊主要依靠生产经验的积累来制定工艺产品合格率一般75%-85%，目前我国板翅式铝合金散热器真空钎焊所采用的工艺流程为: 原料准备→零部件加工→零部件清洗→零部件组装→真空钎焊→钎焊后产品检验→产品凉干及喷漆。铝合金散热器真空钎焊在真空炉中进行，可根据生产规模、生产率、焊件的大小和工艺要求来选择合适的真空钎焊炉。
真空钎焊的工艺参数主要有:真空度，加热速率，稳定温度及时间，钎焊温度，钎焊保温时间，冷却速率，出炉温度等。它们都直接影响钎料填缝和钎料与母材金属的相互作用过程，对钎焊接头的质量具有决定性作用。因此，必须认真研究。钎焊加热速率应能保证零件析出的气体被充分抽出，同时要使组件受热均匀，以减小或防止组件骤热产生的应力而引起变形。确定加热速率应考虑的主要因素有:
组件的材料、形状、结构和尺寸，对于形状复杂及装配预应力较大的散热器，要缓慢加热;对于厚大的产品零件，加热速率也不宜过快。稳定温度和保持时间是指钎焊时加热到接近钎料固相线附近的温度，并在此时暂停加热、保持这一温度一段时间。其目的是为了减小产品零部件的温度梯度，使产品零部件各部分的温度得以均匀。减小内外层之间造成较大的温度差。

真空钎焊温度是钎焊过程中最主要的工艺参数之一。在钎焊温度下，一方面钎料要熔化，在毛细作用下填满接头间隙，提高钎焊接头的性能。确定钎焊温度的主要依据首先是所选用钎料的熔点。钎焊温度应适当地高于钎料的熔点，以减小液态钎料的衣面张力，改善润湿和填缝作用，并使钎料与母材金属能充分相互作用，有利于提高接头强度。但是，钎焊温度过高是有害的，它可能引起钎料中沸点较低的组元蒸发、母材晶粒的长大以及钎料与母材金属过分的相互作用而导致溶蚀、晶间渗入等，使接头强度下降。通常，将钎焊温度选为高于钎料液相温度线30一100℃之间效果较好。但是不同的钎料，需要高出其熔点的温度范围也是不同的。钎料的结晶范围越大，钎焊温度高出钎料熔点应越多。对单元素钎料，只要高出熔点30一70℃，即可使钎料的流动性处于最佳状态;才能使钎料处于最佳流动状态。钎焊保温时间是钎料填充间隙和控制合金化作用的重要阶段，对于接头强度的影响与钎焊温度有类似的特性。一定的保温时间是钎料与母材相互扩散、形成牢固结合所必需的。但过长的保温时间同样会导致某些过程的过分发展而走向反面。选择钎焊保温时间主要决定于钎料与母材的相互作用性。当钎料与母材具有强烈溶解、生成脆性相、引起晶间渗透等不良倾向的相互作用时，要尽量缩短钎焊保温时间。相反，如果通过二者的相互作用, 能消除钎缝中的脆性相或组织时，则应适当延长钎焊保温时间。一般情况下，在保证填充良好的前提下，钎焊保温时间应尽可能地短些，以防止母材过热溶蚀或软化等不良现象的产生。钎焊保温时间与焊件的大小、厚度和间隙, 值也有关。对大的工件、厚的工件来讲，保温时间应当比小的工件和薄的工件长，以保证加热均匀。钎焊间隙大的时候，为了保证钎料和母材金属必要的相互作用，应该有较长的保温时间。有些组件厚度并不大，但是钎焊接头被部分地或全部遮蔽，不能直接受到辐射加热，应适当延长保温时间，以尽可能缩小被加热工件的表里温差。对钎焊温度和钎焊保温时间不应孤立地来确定，它们之间存在一定的互补关系，可以相应地在一定范围内变化。焊件的冷却虽然是在钎焊保温结束之后进行的，但是它的冷却速率对接头的质量也有很大影响脚。过度缓慢的冷却速度可能引起母材的晶粒长大，强化相析出过高的冷却速度，可能使焊件因形成过大的热应力而产生裂纹，或因钎缝迅速凝固使气体来不及逸出形成气孔。一般铝及铝合金的出炉温度为500℃以下。
真空钎焊炉内外应按要求保持洁净状态。要确保真空系统管道的通导能力，应随时清除沉积物。定期更换旋片式真空泵、罗茨泵、扩散泵泵油。

散热器的真空钎焊, 70 年代国外实现了工业化生产。我国在散热器的真空钎焊方面, 与国外先进水平仍存在不小差距。为加快我国钎焊技术的发展, 特提出下述建议:(1) 国产复合铝箔、复合版的内、外在质量有待提高。目前国产复合材料既无价格优势, 更无质量优势, 各公司大批量生产多采用进口复合材料。