本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁合金液冷組件的擴(kuò)散焊攪拌摩擦焊集成焊接方法。

背景技術(shù)：

鋁合金液冷組件廣泛應(yīng)用于雷達(dá)電子領(lǐng)域，起到為電子元器件散熱的作用。目前大量的液冷組件結(jié)構(gòu)為盒體加蓋板的形式，通過攪拌摩擦焊實現(xiàn)高強度焊接，從而保證液冷組件水道的承壓能力。攪拌摩擦焊接頭為鎖底接頭，由于焊接壓力的存在，為了防止接頭塌陷，鎖底臺階寬度一般較大，從而導(dǎo)致焊接完成后，臺階處無法實現(xiàn)連接，稱為hook缺陷，如圖4所示。液冷組件在后續(xù)焊接和表面處理等過程中易在該缺陷中夾雜酸堿液，由于該缺陷位于水道內(nèi)部且縫隙很小，酸堿液難以清除。殘留的酸堿液在液冷組件服役過程中易導(dǎo)致腐蝕，從而降低了雷達(dá)電子產(chǎn)品的使用壽命。

攪拌摩擦焊技術(shù)和擴(kuò)散焊接技術(shù)都是固相焊接技術(shù)，且焊接過程中均不引入其他合金元素，接頭性能與母材相當(dāng)。其中攪拌摩擦焊技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的對接界面，而擴(kuò)散焊接技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的搭接界面，兩者在焊接中各有利弊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種鋁合金液冷組件的擴(kuò)散焊攪拌摩擦焊集成焊接方法，通過將兩種焊接方法集成在一起，有效解決目前采用攪拌摩 擦焊進(jìn)行焊接的鋁合金液冷組件在鎖底接頭處存在hook缺陷的問題。

一種鋁合金液冷組件的擴(kuò)散焊攪拌摩擦焊集成焊接方法，包括以下步驟：

(1)確定水道蓋板的厚度和寬度，保證水道蓋板裝配在液冷組件盒體上之后，蓋板在厚度方向上具有正公差，在寬度方向上具有負(fù)公差；

(2)零件清洗，液冷組件盒體和水道蓋板經(jīng)過清洗去除油污和氧化膜，并烘干；

(3)擴(kuò)散焊接，裝配完成后將零件置于真空室中，用上、下壓頭壓緊，通過計算機(jī)程序控制，在高真空下實現(xiàn)鎖底臺階處焊接良好，其中，工藝參數(shù)為：擴(kuò)散焊溫度500-530℃，保溫時間1-2小時，壓力2-4MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa；保溫完成后，通過氣動閥門控制和水循環(huán)聯(lián)合快速冷卻，待真空室冷卻至100℃以下時，關(guān)閉氮氣，打開爐門和取出焊件；零件出爐后，采用金屬膠帶沿著表面焊縫粘貼，防止探傷時液體進(jìn)入表面焊縫，同時采用金屬膠帶封住進(jìn)出水口，防止液體進(jìn)入液冷組件內(nèi)部。

(4)超聲波探傷；

(5)表面機(jī)加工，通過數(shù)控銑去除液冷組件攪拌摩擦焊焊接面表面氧化層，要求盒體表面去除量為0.05-0.15mm。

(6)攪拌摩擦焊，其中，工藝參數(shù)為：攪拌針長度等于鎖底臺階厚度，焊接速度80-150mm/min，轉(zhuǎn)速600-1300rpm，下壓量0.1-0.3mm。

進(jìn)一步的，步驟(1)中水道蓋板厚度方向上高出液冷組件盒體表面0.2-0.3mm。如此設(shè)計，高度不能太小，保證擴(kuò)散焊接時壓頭能夠施力到蓋板上，且不會導(dǎo)致盒體表面變形；高度不能太大，能夠保證經(jīng)過擴(kuò)散焊壓力作用后蓋板表面與盒體表面齊平。

進(jìn)一步的，步驟(1)中水道蓋板寬度方向上和盒體臺階槽的雙邊間隙和為0.1-0.2mm。如此設(shè)計，間隙不能過小，可以防止擴(kuò)散焊零件加熱膨脹后，施壓蓋板時受到側(cè)邊摩擦力的影響；間隙不能太大，避免超過后續(xù)攪拌摩擦焊對間隙的要求。

進(jìn)一步的，步驟(3)中擴(kuò)散焊接過程需使用限位工裝，并保證蓋板下壓量不大于0.3mm，防止水道臺階塌陷。

進(jìn)一步的，步驟(3)中金屬膠帶粘貼范圍要保證保護(hù)到攪拌摩擦焊焊縫兩側(cè)各10mm以上，且應(yīng)粘貼平整，避免氣泡出現(xiàn)，防止液體進(jìn)入。

進(jìn)一步的，步驟(4)中超聲波探傷需確保臺階焊合率大于90％，從而消除該處的攪拌摩擦焊hook缺陷。

進(jìn)一步的，步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)和步驟(6)中，需嚴(yán)格避免對零件上表面攪拌摩擦焊焊縫的污染，粘貼和去除金屬膠帶需用干凈去油后的工具進(jìn)行。

進(jìn)一步的，在于步驟(5)中機(jī)加工過程中嚴(yán)格避免任何污染，防止使用冷卻液，每次進(jìn)刀量要小于0.1mm，防止零件表面過熱氧化。

進(jìn)一步的，步驟(5)中機(jī)加工過程中采用高速銑，保證攪拌摩擦焊焊縫清晰可見。

進(jìn)一步的，步驟(6)中攪拌摩擦焊先使用無針攪拌頭進(jìn)行預(yù)焊，即進(jìn)一步固定蓋板，又進(jìn)一步去除焊縫及附近的污染物。預(yù)焊下壓量不超過0.1mm。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：攪拌摩擦焊技術(shù)和擴(kuò)散焊接技術(shù)都是固相焊接技術(shù)，且焊接過程中均不引入其他合金元素，接頭性能與母材相當(dāng)，其中攪拌摩擦焊技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的對接界面，而擴(kuò)散焊接技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的搭接界面，本發(fā)明將兩種焊接方式集成，用于液冷組件的焊接可以實現(xiàn)兩個界面的高可靠焊接，進(jìn)而消除hook缺陷，進(jìn)而防止由于該缺陷導(dǎo)致液冷組件在后續(xù)焊接和表面處理等過程中易在該缺陷中夾雜酸堿液，消除了酸堿液的影響，從而大大提高了雷達(dá)電子產(chǎn)品的使用壽命。

附圖說明

圖1為裝配后的俯視圖；

圖2為圖1的右視圖；

圖3為擴(kuò)散焊完成后金屬膠帶保護(hù)圖；

圖4為液冷組件攪拌摩擦焊完成后的零件橫截面宏觀形貌；

圖5為僅使用攪拌摩擦焊的零件橫截面宏觀形貌。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有 作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1：

結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式的具體工藝過程如下：

一種鋁合金液冷組件的擴(kuò)散焊攪拌摩擦焊集成焊接方法，包括以下步驟：

(1)確定水道蓋板1的厚度和寬度，保證水道蓋板1裝配在液冷組件盒體2上之后，蓋板1在厚度方向上具有正公差，在寬度方向上具有負(fù)公差；

(2)零件清洗，液冷組件盒體2和水道蓋板1經(jīng)過清洗去除油污和氧化膜，并烘干；

(3)擴(kuò)散焊接，裝配完成后將零件置于真空室中，用上、下壓頭壓緊，通過計算機(jī)程序控制，此處計算機(jī)程序控制為現(xiàn)有技術(shù)，在高真空下實現(xiàn)鎖底臺階處焊接良好，其中，工藝參數(shù)為：擴(kuò)散焊溫度500-530℃，保溫時間1-2小時，壓力2-4MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa；保溫完成后，通過氣動閥門控制和水循環(huán)聯(lián)合快速冷卻，待真空室冷卻至100℃以下時，關(guān)閉氮氣，打開爐門和取出焊件；零件出爐后，采用金屬膠帶沿著表面焊縫粘貼，防止探傷時液體進(jìn)入表面焊縫，同時采用金屬膠帶封住進(jìn)出水口3，防止液體進(jìn)入液冷組件內(nèi)部。

(4)超聲波探傷；

(5)表面機(jī)加工，通過數(shù)控銑去除液冷組件攪拌摩擦焊焊接面表面氧化層，要求盒體表面去除量為0.05-0.15mm。

(6)攪拌摩擦焊，其中，工藝參數(shù)為：攪拌針長度等于鎖底臺階厚度，焊接速度80-150mm/min，轉(zhuǎn)速600-1300rpm，下壓量0.1-0.3mm。

進(jìn)一步的，步驟(1)中水道蓋板厚度方向上高出液冷組件盒體表面0.2-0.3mm。如此設(shè)計，高度不能太小，保證擴(kuò)散焊接時壓頭能夠施力到蓋板上，且不會導(dǎo)致盒體表面變形；高度不能太大，能夠保證經(jīng)過擴(kuò)散焊壓力作用后蓋板表面與盒體表面齊平。

進(jìn)一步的，步驟(1)中水道蓋板寬度方向上和盒體臺階槽的雙邊間隙和為0.1-0.2mm。如此設(shè)計，間隙不能過小，可以防止擴(kuò)散焊零件加熱膨脹后，施壓蓋板時受到側(cè)邊摩擦力的影響；間隙不能太大，避免超過后續(xù)攪拌摩擦焊對間隙的要求。

進(jìn)一步的，步驟(3)中擴(kuò)散焊接過程需使用限位工裝，并保證蓋板下壓量不大于0.3mm，防止水道臺階塌陷。

進(jìn)一步的，步驟(3)中金屬膠帶粘貼范圍要保證保護(hù)到攪拌摩擦焊焊縫兩側(cè)各10mm以上，且應(yīng)粘貼平整，避免氣泡出現(xiàn)，防止液體進(jìn)入。

進(jìn)一步的，步驟(4)中超聲波探傷需確保臺階焊合率大于90％，從而消除該處的攪拌摩擦焊hook缺陷。

進(jìn)一步的，步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)和步驟(6)中，需嚴(yán)格避免對零件上表面攪拌摩擦焊焊縫的污染，粘貼和去除金屬膠帶 需用干凈去油后的工具進(jìn)行。

進(jìn)一步的，在于步驟(5)中機(jī)加工過程中嚴(yán)格避免任何污染，防止使用冷卻液，每次進(jìn)刀量要小于0.1mm，防止零件表面過熱氧化。

進(jìn)一步的，步驟(5)中機(jī)加工過程中采用高速銑，保證攪拌摩擦焊焊縫清晰可見。

進(jìn)一步的，步驟(6)中攪拌摩擦焊先使用無針攪拌頭進(jìn)行預(yù)焊，即進(jìn)一步固定蓋板，又進(jìn)一步去除焊縫及附近的污染物。預(yù)焊下壓量不超過0.1mm。

實施例2：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，步驟(1)中，將本實施方式的水道蓋板厚度方向上高出液冷組件盒體表面0.2-0.3mm，如此設(shè)計，高度不能太小，保證擴(kuò)散焊接時壓頭能夠施力到蓋板上，且不會導(dǎo)致盒體表面變形；高度不能太大，能夠保證經(jīng)過擴(kuò)散焊壓力作用后蓋板表面與盒體表面齊平。

實施例3：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，步驟(1)中，將本實施方式的水道蓋板寬度方向上和盒體臺階槽的雙邊間隙和為0.1-0.2mm，如此設(shè)計，間隙不能過小，可以防止擴(kuò)散焊零件加熱膨脹后，施壓蓋板時受到側(cè)邊摩擦力的影響；間隙不能太大，避免超過后續(xù)攪拌摩擦焊對間隙的要求。

實施例4：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式的擴(kuò)散焊接過程需使用限位工裝，保證蓋板下壓量不大于0.3mm，防止水道臺階塌陷。

實施例5：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式的擴(kuò)散焊接完成后需使用金屬膠帶保護(hù)攪拌摩擦焊焊縫，金屬膠帶粘貼范圍要保證保護(hù)到攪拌摩擦焊焊縫兩側(cè)各10mm以上，且應(yīng)粘貼平整，避免氣泡出現(xiàn)，防止液體進(jìn)入。

實施例6

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式的超聲波探傷需確保臺階焊合率大于90％，從而消除該處的攪拌摩擦焊hook缺陷。

實施例7：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式的機(jī)加工過程中嚴(yán)格避免任何污染，防止使用冷卻液，每次進(jìn)刀量小于0.1mm，防止零件表面過熱氧化。機(jī)加工過程中采用高速銑，保證攪拌摩擦焊焊縫清晰可見。

實施例8：

在實施例1的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式的攪拌摩擦焊先使用無針攪拌頭進(jìn)行預(yù)焊，既進(jìn)一步固定蓋板，又進(jìn)一步去除焊縫及附近的污染物。預(yù)焊下壓量不超過0.1mm。

采用下述試驗驗證本發(fā)明效果：

試驗一：本試驗的鋁合金液冷組件的擴(kuò)散焊/攪拌摩擦焊集成焊接方法是按以下步驟進(jìn)行的：

(1)、鋁合金盒體蓋板槽寬度40mm，厚度6mm；水道蓋板寬度39.8mm，厚度6.2mm；

(2)、清洗，工件在堿槽中去油，采用3％～5％的碳酸鈉水溶液，溫度加熱到60～80℃。然后在30％的硝酸溶液中亮化，最后在熱水中清洗，在烘箱中烘干；

(3)、裝配完成后將零件置于真空室中，用上、下壓頭壓緊，通過計算機(jī)程序控制，在高真空下實現(xiàn)鎖底臺階處焊接良好。工藝參數(shù)為：擴(kuò)散焊溫度520℃，保溫時間1.5小時，壓力2.5MPa，真空度1.33×10^4～1.33×10^5Pa。保溫完成后，通過氣動閥門控制和水循環(huán)聯(lián)合快速冷卻，待真空室冷卻至100℃以下時，關(guān)閉氮氣，打開爐門和取出焊件。零件出爐后，采用金屬膠帶沿著表面焊縫粘貼，防止探傷時液體進(jìn)入表面焊縫，同時采用金屬膠帶封住進(jìn)出水口3，防止液體進(jìn)入液冷組件內(nèi)部；

(4)超神波探傷；

(5)表面機(jī)加工，通過數(shù)控銑去除液冷組件攪拌摩擦焊焊接面表面氧化層，要求盒體表面去除量為0.1mm。

(6)攪拌摩擦焊，攪拌摩擦焊工藝參數(shù)為：攪拌針長度等于鎖底臺階厚度，焊接速度80-150mm/min，轉(zhuǎn)速600-1300rpm，下壓量0.1-0.3mm。

試驗結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出集成焊接方法能夠?qū)崿F(xiàn)鋁合金液冷組件高質(zhì)量焊接，且消除了hook缺陷。對鎖底接頭的對接和搭接界面進(jìn)行力學(xué)性能試驗，對接界面強度為92MPa，斷裂位置為母材，表明對接焊縫強度高于母材；搭接界面強度為88MPa，斷裂位置為焊縫，基本與母材強度相當(dāng)，其中母材強度為90MPa。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：攪拌摩擦焊技術(shù)和擴(kuò)散焊接技術(shù)都是固相焊接技術(shù)，且焊接過程中均不引入其他合金元素，接頭性能與母材相當(dāng)，其中攪拌摩擦焊技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的對接界面，而擴(kuò)散焊接技術(shù)適用于焊接鎖底接頭的搭接界面，本發(fā)明將兩種焊接方式集成，用于液冷組件的焊接可以實現(xiàn)兩個界面的高可靠焊接，進(jìn)而消除hook缺陷，進(jìn)而防止由于該缺陷導(dǎo)致液冷組件在后續(xù)焊接和表面處理等過程中易在該缺陷中夾雜酸堿液，消除了酸堿液的影響，從而大大提高了雷達(dá)電子產(chǎn)品的使用壽命。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順 序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。