真空钎焊缺陷分析和解决方案

                未删减中英文完整版：真空钎焊缺陷分析和解决方案

   真空钎焊是在真空状态下,对结构件进行加热和保温,使钎料在适宜的温度和时间范围内熔化,在毛细力作用下与固态金属充分浸润、溶解、扩散、焊合,从而达到焊接目的的一种先进焊接方法。真空钎焊的突出优点是可连接不同的金属、实现复杂结构的同时焊接,焊接后的焊接头光洁致密、变形小且具有优良的力学性能和抗腐蚀性能。然而,真空钎焊对散热器的结构设计、装配质量,铝合金复合板(以下简称复合板)的化学成分、钎料层厚度,钎焊工艺制度、工作环境等的要求甚为严格,否则,极易出现翅片弯曲倒伏、钎缝不连续、虚焊、熔蚀、直至泄漏等其他质量缺陷。其中：泄漏属重大质量缺陷。

生产工艺流程
(1)领料：按生产计划填写领料单到零件库领零件，并仔细核对零件名称数量。搬运过程中不准磕碰以免损伤零件。对复合板、翅片、封条等进行定型、按照尺寸加工。
(2)表面清洗处理工艺流程:焊前预清理：对工件待焊接的部位，用打磨机清除氧化物，及其它杂质，清理后应可见金属光泽。首次配置碱液：在清洗池中按每吨水放40Kg烧碱。温度60±5°，比重值为9±1。 零件摆放：将上箱体均匀铺在清洗篮中，凹面向下，一般以每个篮框中放12个；同样,将上箱体均匀铺在清洗篮中，将封条、翅片、侧板分别放入清洗筐，在碱洗池清洗120秒，在零件浸没后清洗筐要上下晃动不少于三下。翅片摆放时宽度方向竖立摆放，摆放时可多层摆放，但每层翅片与翅片间可以拔动，既有可活动间隙。长封条竖直或倾斜摆放，侧板交错摆放。将隔板宽度方向竖立摆放入清洗筐，隔板间要有间隙，隔板也可多层摆放，在碱洗池清洗30S，在零件浸没后清洗筐上下晃动不少于三下。零件在碱洗池清洗后进入清水池清水循环漂洗120S，在零件浸没后清洗筐上下晃动不少于三下。转中和清洗。首次配中和液：将硝酸加入清水中配成30%的中和液，PH近似为5。中和清洗:将清洗零件进行中和，90S后将零件取出再入清水池清水循环漂洗120S。此时工件清洗洁净无油污，自然烘干或转烘干炉烘干。烘干温度200±20℃、烘干转速200±50r/min。装入小清洗烘干筐的零件可直接进烘干机烘干，如大清洗筐，需将零部件取出放入清洗烘干筐，摆放如清洗时摆放或散开摆放在烘干网带上进行烘干。将清洗烘干后的零部件填写生产转序卡转下道工序。
(3)组装:按侧板和封条尺寸调整装芯夹具。戴好防护手套开始装芯在同一夹具上并排摆放两个芯子，芯子相对夹具摆放均布，先放側板再放隔板，依次放短封条和风翅片，重复放隔板、长封条和内翅片，隔板、短封条和风翅片，当风翅片数达到图纸要求数量时放隔板、侧板。最后放上夹具。用不少于6根的M12拉杆对称拉紧的同时整形。芯宽压紧尺寸为大于图纸要求尺寸的1.25%或图纸要求的焊接前尺寸。将装好后的芯子并排摆放在芯子暂存架上严禁将不合格及未清洗干净的零部件装芯，装配过程中要戴好手套，以防汗渍等粘在零件上，影响钎焊。装配芯子对角线＜2MM。外观：翅片无倒伏、封条整齐。芯宽大于芯宽尺寸1.25%。零部件与图纸要求数相符。
作 业 顺 序
1、首先进行日常的设备点检。
2、领取封条、散热带、内翅片、隔板等，对领取的部件和辅件
进行检查，并将不合格品剔除。
3、根据《芯部参数表》选用相应的装芯工装、卡具。将钎焊卡具底板放到组装台上，将侧板对准组装台的限位槽平放在夹具面上，放上一片隔板，4、在两端组装限位槽内各放一根短封条（带锥面向里）。
5、在隔板上布好散热带，放上一片隔板，再在隔板上装上两根长的封条（带锥面向里）。
6、在两长封条之间放入内翅片，放入数量根据封条长度而定重复叠加直到达到图纸要求数量，最后放一片隔板和侧板放上钎焊夹具固定好，用整平板将芯面、带面整平拧紧螺母取下芯体。
7、对芯体进行整体整平，调整散热带与两端封条的距离（带头保持平齐，两大面平整,结合部位平齐无明显落差），装上夹具的螺杆拧紧螺母将芯体固定好。
8、用卷尺测量芯宽和对角线保证芯宽和对角线与图纸要求尺寸是否超差，如有超差进行修整。
9、按下面管理项目所规定的控制项目和检查频率检查。
10、将芯子分总成放在周转车上。
(4)真空钎焊:炉内摆放：用叉车将芯子暂存架上的芯子六个为一炉次，放入真空钎焊炉内，放置时前后左右居中放置，严禁放置时工件和夹具与钎焊炉的内壁接触，且放置要平稳轻放，以免损坏钎焊炉内壁钼屏和加热器。钎焊：设定该产品的钎焊工艺参数，无特别要求的执行通用钎焊工艺，按《铝真空钎焊炉操作规程》操作设备。对真空钎焊炉抽真空后进行七个阶段的加温、保温,其工艺曲线如下图所示。

   即:第一阶段预热升温;第二阶段蓄能保温和第三阶段钎焊升温、第四阶段钎焊保温、第五阶段钎焊升温、第六阶段钎焊保温;第七阶段钎焊停电、降温。待钎焊炉温降至规定温度出炉：当产品按钎焊工艺结束后，温度降低到300度时，打开进气阀，平衡炉内外压差。打开炉门，将已经焊接好的芯子及夹具用叉车平稳的移出放在芯子暂存架上。打开炉门时，操作者在炉门的前面打开炉门，不要在侧面，以免刚打开时热气伤人。产品温度高，不要直接触摸，以防烫伤。待冷却后进行拆除夹具操作。
4.1 查看每炉的钎焊记录和产品在炉内位置摆放记录，检查钎焊工艺是否正常，重点检查520℃和560℃两保温段的保温时间是否超长，真空度是否达到设定的真空度。
4.2 钎焊芯体的检验标准
4.2.1主板与扁管、扁管与散热带的钎焊缝的钎透率达到80%以上，每根散热带与扁管无5cm以上的连续虚焊。
4.2.2散热带无熔蚀、倒伏；主板无焊料的堆积、流持，扁管通孔无钎料堵塞，芯体外观无磕碰变形。
4.2.3芯体整形后主板、扁管、护板无大于1cm的弯曲变形，芯体的对角线偏差小于2cm，芯体大面的平面度误差小于2cm。
4.2.4对于在护板外侧焊挂件的芯体，两护板间的距离尺寸符合图纸要求。
4.2.5检查操作工自检中对于钎焊虚焊的长缝是否用记号笔进行标识，对不合格品是否隔离放置。
4.3 钎焊质量的抽样和检查方法
4.3.1钎焊产品每炉抽检不能少于四台，对于钎焊工艺异常的炉产品要加倍抽检或全检,以确保大面积虚焊产品的及时发现和处理。
4.3.2 对于5.2.1项中的扁管与散热带虚焊情况的检查，首先目测散热带的每个波峰与扁管间是否有饱满的焊点，对于无明显焊点的焊缝用细不锈钢针拔是否有松动，如果有连续的松动力则做好标识记号和炉号记录以便以后的统计分析。5.2.2、5.2.5为目测检查项，5.2.3、5.2.4采用1m的钢直尺测量检查。
4.3.3 芯体对角线长度的测量方法
取最外侧的扁管与主板焊接处的同一参照点进行测量对比。
2.1　散热器的装配
(1)结构件的表面预处理
散热器的所有结构件在组装前均须经过表面处理即酸碱洗,以除去表层污垢、油渍、氧化膜等。污垢会阻碍构件间的有效接触;油渍在真空高温时将 会分解气化,降低真空钎焊炉内真空度;由于铝合金 表层氧化膜致密,其熔化温度远比基体材料的要高, 特别是复合板钎料层的氧化膜在钎焊时钎料层熔化不充分,造成不能与被焊金属完全熔合,从而影响钎焊质量。为此,必须严格控制原材料的表面预处理, 包括必要的机械清理,同时缩短钎焊前的装配时间。
(2)结构件尺寸公差
复合板、大翅片、小翅片、大封条、小封条在进行定型、定尺加工后的尺寸偏差配合必须得到有效保证。翅片应控制在正偏差范围,封条则应控制在负偏差范围。否则无法保证装配后复合板在与封条紧 密配合后,再与翅片间有适宜的接触面积即钎缝间隙,易造成虚焊、钎缝不连续或未焊合现象。
(3)结构件表面粗糙度及其形状
结构件表面粗糙度影响毛细力。一般说来,表面过于光滑,钎料难以在整个接触面积上分布均匀, 由此产生的空穴会使钎焊强度降低,特别是封条的表面粗糙度。为了保证钎料均匀分布于接触焊缝上,结构件的钎焊面应有适宜的粗化。通常,表面粗 糙度参考值可选Ra0·7mm~2·0μm的平方根为宜。另外,封条的内侧应制成30°的倒角,有利于在真空钎焊时降低焊料的表面张力,增加润湿性,减少钎焊缺陷。
(4)夹具的夹持力
由于散热器装配后采用不锈钢夹具进行夹持, 而不锈钢夹具的热膨胀系数小于铝合金制品的,故夹紧力太大,易造成钎焊后翅片弯曲倒伏;夹紧力太 小,翅片易松脱。故应根据具体散热器的结构设计设定适宜的夹紧力。联系人：蔡东俊
(5)整形:对散热器真空钎焊后的变形,一般采用机械法进行矫正。 
操作方法：
1、  将芯体放在整形夹具上，调节螺杆通过整形板对芯体进行整形，使两对角线长度差值达图样要求。
2、  目测芯体大平面平面度误差，如误差超过2mm，应固定一侧，用手轻扳另一侧进行较正，直到符合规定要求。
3、  用压缩空气吹除水管内杂物。
  检查整形所使用的工装夹具的尺寸是否符合产品图样的要求。
操作现场工艺文件及生产图纸是否齐全，操作工是否按工艺文件的要求进行操作，对于需要敲击整形的尺寸是否存在野蛮操作，是否认真填写质量记录。
整形产品的检验标准
各装配孔的中心距尺寸、外形尺寸，气室孔的中心距尺寸符合产品图样的要求，装配孔的对角线中心距误差小于2mm，各装配孔在与芯体大面平行的平面上的平面度误差小于2mm。
装配孔无变形和锉修现象，产品无因整形不当而造成的变形和破裂缺陷，芯体无磕碰。

(6)导流板焊接:采用氩弧焊方式焊接散热器的导流板,即散热器两端大封条位置。
设备，仪器,工装夹具:
氩弧焊机
辅助用料:
铝镁焊丝ER5356
动作要领：
首先进行日常的设备点检
1.根据《设备操作规程》调节氩弧机的相关参数。
2.对支撑板与主片结合处进行焊接，四个结合处都要求焊接，焊接点均匀美观，不可漏焊。取上一工序半成品，将固定板与护板进行焊接，上下两边各三处。不同产品要求焊接点的数量不同,根据技术要求进行焊接,每个焊点的长度为6-8CM。
3、领取水室对领取的部件和辅件进行检查，并将不合格品剔除。焊前须清除焊件表面的油脂，涂层，润滑剂及氧化膜等。将水室半成品（冲压件）放工作台面上，按图纸要求进行并接（定位）。调整好相位置后进行点焊。将气室按图纸要求装入主片槽内用木槌敲击到位，然后在两端进行点焊每端点焊两点。取下完成点焊的总成转至下道工序进行整体焊接：
a.固定板整体焊接上下两面和两端都要求进行焊接，焊缝长度为5-6CM。
b.用木棰敲击主片槽边使其与气室接焊面紧密配合，然后进行整体焊接。焊缝要求密封，可靠，美观，均匀。总成焊接完成后，用记号笔在自检OK的总成上写上工号。按管理项目所规定的控制项目和检查频率检查。
将芯体总成放在周转车上。
4.自检所做工序是否全部到位，OK品整齐堆放转至下一工序。
注意事项：
1．取放产品时要轻拿轻放，水室焊接和搬运过程中注意轻拿轻放。不得磕碰、划伤。。
2．氩弧焊操作者，必须戴好头面罩、手套、穿好工作服、工作鞋，以避免电弧光中的紫外线和红外线灼伤在操作设备时注意视如安全，严格按《设备操作规范》要求进行作业。
气流量 参照《参数对照表》
焊接电流  参照《参数对照表》
(7)散热器总成的密封性检测:干式检漏（真空氦气检漏）。整体系统主要由真空箱系统、充氦回收系统、抽真空系统、清氦系统、补氦系统、气动传动系统、流水线传输系统、电器控制系统、氦质谱检漏仪等组成。水压检漏：水检采用压缩空气方式检验换热器承压能力,即泄漏检验。
作 业 顺 序
首先进行日常的设备点检。
根据型号选用相应的堵塞工装。
启动设备设定参数（检测压力为：0.180Mpa，充气时间:15
秒,平衡时间:30秒,保压时间:25秒,报警极限:0.01 Mpa）。
将铆接好的产品放在平台上，用堵塞工装将所有的通口堵塞
好。
按下小键盘运行键“Enter”开始检测；按下控制盒上的运行键；测试结果判定：合格产品亮“绿灯”，NG产品 亮“红灯”。
合格品整齐堆放到周转车上，不合格品放置不良品区待水检判定。
按下面管理项目所规定的控制项目和检查频率检查。
检查总成焊接夹具的尺寸是否符合产品图样的要求。
操作现场工艺文件及生产图纸是否齐全，操作工是否按工艺文件的要求进行操作，接收的产品零部件是否符合质量标准的要求，是否认真填写质量记录。
外观质量   与焊缝标准样件进行对比，焊缝应均匀牢固，美观。每台产品的扁管、散热带在焊接过程不得有碰伤和烧伤现象。总成后产品的型腔内无焊渣及其他杂质
密封性   总成焊缝经0.3Mpa的压缩空气试压，保压1min无泄漏。具体要求为对于钢模气室每台焊缝漏点不多于4点，对于砂模气室每台焊缝漏点不多于2点。
检验方法
为目测检查  通过“总成试压工序的漏点统计记录”定期的进行焊缝漏点的统计，并将统计结果及时反馈有关部门，对于焊缝泄漏严重的产品查明原因并采取措施。
(8)喷涂、抛光:对散热器表面进行清洗、烘干、喷涂、抛光、烘干, 改善产品外观质量。
作 业 顺 序
首先进行日常的设备点检。
领取油漆按产品图样要求和油漆说明书要求调和油漆。
根据《设备操作规范》开启调节相关设备参数。
取试压合格的产品放置于工作台面，用打磨机将护板上的划
伤部位打磨消除。然后放置整形台上，使用整形工具将左右护板进行整平。U型号槽护板的产品要求对护板进行打磨、整形，其它中冷器产品不作要求。并将总成左右护板用擦布进行清洁，然后悬挂到流动带的挂
钩上流进烘干道。调整喷枪，使喷出的漆成雾状，当总成流到喷漆房时，对总成表面进行喷漆。（喷枪移动速度均匀，枪口离芯体20-30CM）
喷漆完成后自检有无漏喷，如有立刻补喷。将喷好漆凉干后的产品从挂钩上取下，查看有无喷漆不良（流柱、漆瘤、色差），OK产品在进出水口套上防尘罩整齐摆放在合格品区，NG产品摆放不良品区。
按管理项目所规定的控制项目和检查频率检查。检查操作工是否按要求进行操作,是否认真填写质量记录.
外观质量 漆膜完整、均匀，色泽无明显差异，涂层无皱皮、流挂，无外来杂质异物。产品无磕碰。
对于产品外观有表面不平整等铸造缺陷的气室，在喷漆前必须进行刮腻子处理,并参照标准样件对刮腻子的质量进行检验。
(9)包装交货。
作 业 顺 序
1、首先进行日常的设备点检。
2、根据《产品参数表》选用相应的组件包装箱。
3、根据产品图纸要求领取相应标签、标识牌，并使用打码机将标识牌打上生产日期。
4、使用电钻在固定板指定位置上打孔插上铆钉，插上铆钉用抽芯钳将标识牌铆接在固定板上。包装所使用的设备是否完好,所使用的包装箱外观尺寸、标识是否符合产品要求，合格证标识与产品是否相符，操作工是否认真填写质量记录。
5、检查包装质量  产品气室口盖防尘盖，产品装箱前套塑料袋，箱内有防振泡沫，包装牢固，封扎可靠。
6、将产品标签帖在固定板批定位置上。
7、在纸箱内放入泡沫垫，先在水室进出水口两角套上。相应的泡沫防护垫，将散热器总成放进箱内再套两个泡沫角垫。
8、封好纸箱两端留20-25CM的距离捆上打包带，套打包扣留好
余量切断、收紧打包带，用铆压钳将打包扣铆紧。
9、打包完成帖上外箱标签。
10、按下面管理项目所规定的控制项目和检查频率检查。
11、将打包好的产吕总成整齐堆放在周转车上，办理入库手续。

2　散热器真空钎焊泄漏原因分析
  2.2　复合板的质量指标
(1)钎料层化学成分中主要元素的影响
Si含量:复合板的钎焊性能体现在钎料层的流动性、润湿性、间隙填充能力和焊接强度。在Al-S 合金二元相图中,温度达577℃、w(Si)=11·7%时, 发生共晶反应。当w(Si)≤11·7%时,二元合金熔化 温度随Si含量的升高而降低。所以,钎料层中Si含 量高时,其熔点则低。Si含量过高时,虽然可使包覆 层合金熔点降低、流动性好,间隙填充能力强,但当其扩散到被焊金属界面,且使固相成分达到一定程度时,导致被焊金属固相熔化,产生熔蚀。Si含量越高,浓度梯度越大,对基体合金的熔蚀倾向也越严重;Si含量过低时,则产生相反的效果。真空钎焊用复合板的钎料层为4004铝合金,其w(Si)的标准范 围为9·0%~10·5%。Mg含量:包覆层合金中的Mg是真空钎焊必不可少的金属活化剂、吸气剂,同时在增强复合板耐蚀 性方面可产生积极的影响。Mg在550℃以上时开始大量蒸发,在真空钎焊炉中形成含Mg的气氛。镁蒸气既可与钎焊气氛中剩余的氧或水蒸气中的氧结合,保护加热零件表面不致重新氧化,又能渗入到零 件表面未清除干净的氧化膜中,将其去除。所以,相对于真空钎焊炉的真空度而言,真空度高时,标准含量的Mg可以起到足够的作用;而真空度低时,则需要将Mg含量控制在上限或者更高。4004铝合金的 w(Mg)=1·0%~2·0%。
(2)钎料层厚度
复合板厚度及钎料层厚度的设定应与散热器的承压要求相匹配,必须结合理论计算和生产实践来制定。这里特别指出当钎料层厚度过薄时,易造成焊接强度低、焊接不牢、承压不达标等焊接缺陷;过厚时,则会造成芯层合金厚度过薄、承压不达标、甚至出现熔蚀现象导致泄漏。因此,钎料层厚度及其 均匀性是衡量其质量的重要指标,也是影响钎焊质量的重要因素之一。实际应用中钎料层厚度一般控制在复合板厚度的(10±3)%为宜。
(3)复合板其它质量要求
复合板在散热器中的另一个作用是作通道隔板,也有承压要求。因此,不应有影响其承压的内在、外在缺陷。内在缺陷如芯层合金的气孔、夹渣、与钎料层的焊合不良等;外在缺陷除上述表面处理 不洁净外,还有在加工过程中的磕碰伤、划伤,当其深度超过钎料层厚度时,会直接破坏金属的连续性, 导致承压能力下降。
2.3　真空钎焊工艺制度
在真空钎焊炉中,工件主要靠热辐射进行加热。而辐射传热有其特有的规律,即斯蒂芬玻尔兹曼定律: