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铝机油冷却器真空钎焊工艺

作者:蔡东俊 人气:17668 日期:2020-09-26 19:07:19
 

真空钎焊工艺

1.总则
1.1本守则适用于铝机油冷却器的真空钎焊;
1.2本守则是铝机油冷却器真空钎焊操作人员的标准性文件,必须严格遵照执行;
2.真空钎焊炉的主要技术规格及参数;
2.1电源电压:3相380V±10%
2.2真空钎焊炉有效加热区尺寸电源频率:50Hz±10% 
2.3炉型及型式:      单室、卧式            
2.4有效加热区尺寸:   900×900×1600mm
2.5装料量:           1200Kg
2.6真空钎焊炉最高温度:800℃;
2.7真空钎焊炉均温性:±3℃;
2.8真空钎焊炉极限真空度:4×10-4Pa(空炉、冷态);
2.9真空钎焊炉工作真空度10-1~10-3Pa;
2.10温度控制:10温区智能控温,控温精度±1℃;
2.11升压率:≤0.2(Pa/h);
2.12加热功率: 260KW;
2.13抽空时间: ≤ 30分钟(空载从大气抽到工作真空度,不含扩散泵预热时间)
2.16升温时间: ≤ 35分钟(空炉由室温升至800℃)
2.17最大冷却气压: 2bar(绝对压力)
3.对炉子维护保养的要求:
3.1炉子的状态应经常保持良好;
3.2停炉时,应关闭炉门,避免潮湿空气进入内部,保持3×10-1Pa的真空度;
3.3所有计量仪器应按照仪器仪表的管理进行定期校验(一年检),保证量值的准确可靠,避免仪器失灵而造成废品损失;
3.4炉内每炉次应进行刷除镁粉和清理脏物,防止工件表面污染;
3.5水路.气路管线应保持畅通,无跑冒滴漏,各阀门、开关必须灵活,动作可靠;
3.6炉子电气绝缘和密封性能必须保持良好状态;
3.7钎焊炉每天开炉前进行一次设备点检(见设备点检表);做好设备机械部分润滑,检查机械泵、罗茨泵、扩散泵、维持泵润滑油必须在油标线之间,无氧化、变色、乳化现象;
3.8环境保持清洁,每次开炉前后都要打扫卫生,开炉后用拖布将地面拖干净;焊接完成后要把所有用到的工具、药品、辅助设备等按要求分类整理,安放妥当,养成文明生产习惯;
4.工件装炉的注意事项
4.1工件进出炉应注意磕碰,进炉时应戴细棉纱手套以避免工件污染,出炉时应戴石棉手套,防止工件温度过高烫伤人体;
4.2根据产品大小、外观形状不同、数量不同、厚薄不同、安放位置不同,工件装炉时应注意做出适当调整:
4 2.1工件放置应做到保持水平,满足平面度要求;
4 2.2工件六个面距各向加热元件的距离应保持均匀相同,工件上下左右必须安置活动电耦;活动电耦应尽可能接近工件当不能接触工件;
4 2.3  工件装炉时应注意安全,不可刮伤工件、触碰炉壁的固定电耦;
5.真空钎焊操作工艺要求:
5.1  开炉前的检查工作
   检查循环水管是否漏水,循环水管阀门的关闭是否正确,水箱内是否有足够的水,水表指针是否无显示或显示原始参数;
5.2  开启水系循环系统
5.2.1检查各阀门开关是否符合使用要求,保证进入钎焊系统的每一个阀门必须处于开启位置,且阀门处不能存在漏水现象;
5.2.2先打开电控柜的总电闸,再开启水循环电控柜上的水循环电闸(注意:此时会因水压低于电接压力表设定值而产生蜂鸣报警,应立即按下电控柜上的消音按钮消音,检查水压不够的原因,等系统内的水压正常时才能进行下一步动作);
5.2.3 开启水循环电控柜上的主循环水泵开关(注意:若手动时,不能同时打主循环和备用水泵);
5.2.4 按下水循环电控柜上的喷淋按钮;
5.2.5  将水循环电控柜上的风机开关转换至“自动”位,当循环水温达到设定值时,风机会自动开启。若风机开关旋至“手动”时,即可手动开启风机。
5.3 打开空气压缩机,压缩空气压力在0.6-0.8MPa;开维持泵,约2分钟后开扩散泵。扩散泵预热需要1.5小时,在扩散泵预热期间可进行工件的安放工作。
5.4  工件的安放:按照真空炉产品摆放规定。

文件编号:www.brazing.com.cn  
 
钎焊炉产品入炉摆放规定
 
  为了有效利用真空钎焊炉的炉腔空间,提高生产效率,并且保证产品的焊接质量,针对本公司目前批量生产的产品结构,特制定本规定。
1. 产品型号:www.brazing.com.cn
摆放方式:4列,每列8排
共摆放:32台
2.  产品型号:www.brazing.com.cn
摆放方式:3列+2台,每列8排
共摆放:26台
3.  产品型号:www.brazing.com.cn
摆放方式:2列+3台,每列8台
共摆放:19台
 
 
          编制/日期:                    批准/日期:


5.4.1  准备钎焊:松开齿圈,打开破空阀,炉室内外压力平衡后关闭破空阀,打开炉门;
5.4.2  将工件放入炉内。将高纯镁颗粒(99.99%)放入专门的镁盒内,按1dm容积放置2.5±0.5mg镁颗粒;再将镁盒放在底盘中央;
5.4.3  将工件表面再次用丙酮擦洗净(注意:工件擦洗工作必须戴细棉纱手套,防止工件被污染

5.4.4  取四根活动热耦,将热耦的前端分别置于工件附近的上下左右四个位置(注意:只可将热耦置于工件附近,且越近越好,但不可让其接触工件);
5.4.5 关闭炉门:按下“锁紧”开关锁紧齿圈,将炉门锁紧。
5.5   按下机械泵开启按钮开启机械泵A、B,观察机械泵是否工作正常;
5.6  开启预抽阀,当真空度抽至6.0-0千帕时开启罗茨泵,当真空度抽至2×10-2帕时,关预抽阀,预抽阀关到位后开前级阀,前级阀开到位后开高真空阀,此时对炉加热室进行抽高真空;
5.7  当炉内真空度达到3×10-3时,打开加热电源,此时加热程序开始运行(注意:加热程序要提前根据具体要求编写好并输入到温控仪(ECP550)输入方法详见:ECP550温控仪说明书;
5.8  加热程序必须严格按照如下工艺曲线进行:

工艺曲线分析:

 

 

1)常温到360的升温过程用时60分钟,然后360保温60分钟;

 2360530的升温过程用时40分钟,然后530保温50分钟;

 3530570的升温过程用时30分钟,然后610保温40分钟;

 4570610的升温过程用时30分钟,然后610保温20分钟;

 (5) 从610自然冷却到400的过程仍继续抽真空,300后停抽真空,随炉冷却到200,打开炉门;

注意:所有温度均为工件温度,下同。

5.9  系统程序循环完毕,工件温度到达610时加热程序自动停止,此时按下电控柜上的加热电源按钮,关闭加热电源;

5.10  开始自然冷却过程,此时继续对炉体抽真空;当温度冷却至400时,关预抽阀,关前级阀;

5.11  关高真空阀,关扩散泵,当预抽阀和前级阀关到位时,关罗茨泵,关机械泵AB;(此时,只留下维持泵仍在工作);

5.12  当工件温度冷却至200时,检查扩散泵温度至正常室温时,才可按下电控柜上的维持泵按钮,关闭维持泵;

5.13  关闭水箱循环柜上的风机开关,将水箱循环电控柜上的循环水泵开启方式打至“手动”,按下循环水泵关闭按钮关闭主、副两台循环水泵,此时电控柜会因为系统水压不足而产生蜂鸣报警,应立即消音;

5.14  打开水系循环电控柜门,拉下电闸开关;

5.15  按下炉门“松开”按钮,开启破空阀,待炉室内外压力平衡后拉开炉门;

5.16  取出工件,再将镁盒取出,(工件出炉时,由于温度太高,操作者必须戴石棉手套);

5.17  工件出炉后置于车间未检测区域,等检测人员进行检测,不合格品单独摆放。

5.18  清洁加热室(用吸尘器)按下炉门“锁紧”开关,关闭炉门,抽真空到6.0×10-1

5.29 关闭总电源开关,一个循环过程结束。

6 注意事项

6.1 芯体冷却后,卸除夹具。卸除时应防止磕碰。检查钎焊质量及外形尺寸等项目:扁管与主板连接牢固、密封;散热带与扁管连接牢固、焊点均匀。无裂纹,无钎焊堆积,钎焊缝是否饱满,产品外观:无磕碰。散热带无熔蚀、倒伏、错位。钎焊质量合格的芯体用激光打标机在工件上打上钎焊钢印(包括:钎焊日期和编号);应及时码放整齐,用布盖好,防止灰尘杂质落入水管产品不合格的单独摆放。并且标上不合格标。对未达到钎焊质量要求的芯体,应及时处理。

6.2  钎焊过程参数应做好详细记录,记录要纳入产品质量档案,以备分析和研究产品质量问题时查考;记录表格可参考如下:

              钎焊过程参数控制记录表

表号:www.brazing.com.cn               操作者:                   

时间

真空度

温度

 

时间

真空度

温度

 

      线

 

总运行时间:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

段号

速率

温度

恒温时间

 

存在问题

 

下一班注意事项:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

型号

数量

 

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数量

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

产品摆放及编号

 

散热带开裂情况,         )台较严重开裂现象。

开裂符号 ×

虚焊不可接受

虚焊可接受:

焊接质量优:

其它自定符号,

使用的钎料或复合箔为        日进货

质保书编号:

硅:    %,镁      %

锰:    %,铁      %

铜:    %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7、产品的装配

结构件的表面预处理

    换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。

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
   由于换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。故应根据具体换热器的结构设计设定适宜的夹紧力。

8、生产工艺流程
    (1)备料:对复合板、翅片、封条等进行定型、定 尺加工。
    (2)表面处理工艺流程:碱洗→水洗→酸洗→水 洗→热水洗→烘干。
    (3)组装:将复合板、侧板、翅片、封条等进行机 械组合成型。
    (4)真空钎焊:对真空钎焊炉抽真空后进行三个阶段的加热、保温,其工艺曲线如图2所示。即:第一阶段(a)预热定温、保温;第二阶段(b)蓄能定温、保温和第三阶段(c)钎焊定温、保温;停电。待炉温降至规定温度出炉。              
    (5)整形:对换热器真空钎焊后的变形,采用机 械法进行矫正。
    (6)导流板焊接:采用氩弧焊方式焊接换热器的 导流板,即换热器两端大封条位置。
    (7)压力检验:采用吹入空气方式检验换热器承 压能力,即泄漏检验。
    (8)喷涂:对换热器进行清洗、烘干、喷涂、烘干, 改善外观质量。
    (9)包装交货。

9、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换热器的 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
       复合板在换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


10、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:
 
   
    上式说明,高温时即使是很小的温度差也需要 很高的热能传导,即真空加热温度越高,需要传递的 热量越大。说明在相同情况下真空炉内升温速度要 较其他加热方式慢很多。真空加热所需时间约是空 气炉的3倍、盐浴炉的6倍。因此,制定真空炉加热 工艺制度时,不能照搬空气炉、盐浴炉和气氛炉的加 热工艺制度。上式同时说明:真空钎焊过程中,应尽 可能缓慢加热,以使换热器内外温度保持一致,否则 直接影响钎焊质量。对工业化生产中的预热定温、 保温,蓄能定温、保温,钎焊定温、保温以及停电降 温,是既能实现上述目的又能提高生产效率的行之 有效的工艺流程,其中钎焊温度及保温时间是影响钎焊质量的关键。
(1)钎焊温度:温度低时,钎料尚未达到必需的 温度,钎料的流动性、浸润性均较差,易产生钎缝内 部气孔、钎缝不连续、虚焊等缺陷,使钎焊接头强度 降低,承压能力不达标而产生泄漏,严重时甚至会撕 裂;温度高时,钎料完全熔化且流动性过大,易产生 钎料氧化形成气孔和对焊缝的毛细力作用变差,造 成钎料流失、熔蚀、翅片弯曲等缺陷。适宜的定温应 注重焊料的流点,通常焊料的流点应比被焊金属熔 点低60℃左右。此时,液态焊料对被焊金属具有良 好的浸润性和流散性,能在毛细力作用下较好地填 充钎焊间隙,并能与被焊金属产生良好的合金化作 用,形成高强度接头。
 (2)保温时间:钎焊时钎料的润湿和接头形成约 需要1s~2s,因此保温时间主要由换热器心部温度 达到钎焊温度所需的时间及氧化膜层消散所需时间 决定。如果保温时间过短,换热器心部温度没有达 到钎焊温度;时间过长,液态钎料容易使被焊金属 熔蚀。
11、真空钎焊炉的真空度
     高温状态下的真空度较低时,炉内残留的O2 H2O等氧化性气体易与Al起化学反应生成质硬的 氧化膜即Al2O3。Al2O3组织致密、稳定、熔点高,在 普通钎焊温度下不易分解,钎料氧化后使其流动性 浸润性变坏;被焊金属氧化后变得难以浸润,从而导 致焊料与基体间的焊接性能恶化。故需要尽可能提 高钎焊时的真空度,减少O2、H2O等氧化性气体的含 量,控制Al2O3的生成量。一般要求,钎焊炉采用多 温区控温,炉温均匀性为±5℃,工作真空度应保证 不大于2·0×10-3Pa,预抽真空的极限真空度必须在 10-4数量级。
12、真空钎焊时环境状况
      环境中的湿度会对换热器钎焊质量造成影响 在高湿度下进行换热器组装时,会有更多的水分留 在翅片、隔板及封条上。将高湿度下组装的换热器 放入真空炉中钎焊,水分会蒸发、释放出更多的气 体,且换热器内部的水分蒸发、气体释放是个缓慢的 过程。水分需要大量蒸发热,影响换热器内部的温 度;水分还会影响真空度;水分将加剧铝的氧化,从 而影响钎焊质量。所以在进行换热器构件表面处理、组装及钎焊前都应该保持一定的环境湿度,或采 取其他方法控制由于环境湿度造成的换热器构件表 面水分含量。
 
13、结论
     通过以上的分析,为了减少或降低真空钎焊后 换热器的泄漏率,应做好以下工作:
    (1)所用原材料应确保产品质量,要从正规、专业厂家购进;
    (2)严格按照工艺程序进行备料、表面处理及组装;
    (3)要在实践中对钎焊温度、保温时间、真空度等工艺制度进行优化并严格控制;
    (4)控制环境湿度。

真空炉故障各种应急措施:

在遇到突然停电、停水、停压缩空气等紧急情况,应立刻采取以下应急措施:包括应急氮气、应急冷却水。主要采取措施是:

1、事先准备好应急氮气瓶或柴油发电机,以保证保护气体的正常通入。

2、准备好应急水箱或柴油机水泵,以便使循环冷却水循环起来,保护真空炉的密封件不被高温破坏。

3、电阻规、电离规突然损坏应急措施:后果:真空度立刻没有。扩散泵油被污染、氧化、真空炉钼屏被氧化,应该立即冲入氮气以保护真空炉的防止真空度突然破坏对真空炉钼屏造成污染。同时更换电阻规、电离规、扩散泵油。

4、真空炉加热器三相电流不平衡、扩散泵加热器三相电流不平衡应该立即停止加热,停机。维修后才可继续进行生产。 

5、发现热电偶故障:热电偶断路时仪表上显示“HHH”短路时是显示   “LLL”应该立即停止加热,停机。维修后才可继续进行生产。  

产品泄漏原因分析

产品的装配

1.结构件的表面预处理

    换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
   由于换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。故应根据具体换热器的结构设计设定适宜的夹紧力。

 

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