密集通孔水冷散热板的真空扩散焊及成形技术研究.docx

密集通孔水冷散热板的真空扩散焊及成形技术研究摘要：主要介绍了某导引头地面测试用密集通孔水冷散热板的焊接方法选择，真空扩散焊工艺参数的选择，以及制造过程中需要注意的细节问题。关键词：密集通孔水冷散热板；6063铝合金；真空扩散焊；真空气淬0引言雷达导引头由于受平台系统空间的限制以及大功率集成封装模块的应用带来了更大的热流密度，会产生严重的散热问题。相比战场工作环境，雷达制导部件地面测试对散热设计的要求更为苛刻，雷达制导部件地面测试除了需要满足基本工作环境条件外，为了提高测试效率以缩短型号周期，还需要雷达制导部件能够进行连续测试。某导引头采用相控阵和固态发射技术，采用各种各样高功率密度元器件、组件，热流密度大于100W/cm2。为了地面连续测试需要，需要采用水冷来进行散热，密集通孔水冷散热板作为重要测试工装，该散热板结构复杂，对于耐压要求极高，确保在测试过程中不会产生因水道泄漏而对雷达导引头产生损毁。1焊接方法的比较该散热板选材为6063铝合金，散热板内部水道密布，成8字形分布，于8字形密集通孔的空余空间形成冷却水道，通孔的孔径为3.5mm,水道形状不规则，最窄处仅0.6mm，与盖板形成的搭接界面宽度最窄处仅1.2mm，主要工序为先加工下板，开好通孔，然后与上部整板进行焊接，焊接完成后进行热处理，再进行上板的开孔加工，形成贯通孔。散热板常用的焊接方法包括：真空钎焊、电子束焊接、搅拌摩擦焊、真空扩散焊等。表1为四种焊接方法的优缺点对比：表1四种焊接方法比较焊接方法焊前处理焊缝强度变形设备投资操作性适用材料质量稳定性长寿命焊缝质量耐压压力真空钎焊酸碱洗低最小较低抽真空，可全程自动化6063、3A21较好较好较低电子束焊接丙酮擦洗高较小高抽真空，人工配合3A21、5A06较好好高搅拌摩擦焊丙酮擦洗高表面有压痕，较小变形量低不需抽真空，人工配合所有铝合金好好高真空扩散焊酸碱洗高有一定变形量较高抽真空、全程自动化6063、6061好好高2焊接试验选用6063铝合金分别进行真空钎焊及真空扩散焊试验，与真空扩散焊焊接试验件进行对比。通过厚板水道及薄板和厚板组合扩散焊接试验，优化真空扩散焊工艺参数。通过试验确定压力、温度、保压时间与焊后变形量的关系，该散热板的厚度方向变形量经试验控制在总厚度的1%以内为宜。通过在薄板及厚板水道焊接完成后在焊缝界面上进行机械加工去除焊缝两面的母材，进行贯穿焊缝截面的螺纹孔的加工，充分验证焊缝可以经受机械加工过程中的切削力，可以为焊接完成后贯穿焊缝开通孔提供有力证明。3产品焊接真空扩散焊压力柱采用耐热钢材料，上下高度共500mm，通过热膨胀公式可以计算出真空扩散焊过程中从25℃到550℃度变化时，其热膨胀量为4.73mm。通过计算厚度为100mm的铝合金零件焊接过程中从25℃到550℃度的热膨胀量约为1.3mm，热膨胀量计算公式如下式中△L为热膨胀量；L为压力柱高度；a为热膨胀系数图8扩散焊过程中位移-时间变化曲线利用设备提供的焊接过程中位移实时变化曲线，我们可以观察到焊接过程中的位移-时间变化曲线情况如图8所示，位移零点为设备上部压头零位不变，随着温度的增加，压头与铝合金本身随着温度的升高产生膨胀，导致位移不断变大，当工件温度达到540度以上时，随着下压头向上运动施加一个向上的压力，铝合金零件由于压力的作用而产生一定变形，导致位移曲线产生变化，当压力恒定后，随着温度的进一步升高，压头和铝合金继续受热膨胀变形，位移曲线继续向上，直到保温结束。通过控制高温下的施力大小，调整因施力产生的位移控制在一个有限范围内，而不至于位移过大引起零件产生过大的塑性形变而报废。结合前期的试验，我们选取6063的真空扩散焊接的扩散焊温度为545℃，压力选择4MPa，高温高压下的保温时间设定为3小时。4总结通过试验总结出真空扩散焊需要注意的几点要求：焊接前毛坯热处理至T6状态，上板和下板状态一致，硬度值接近；毛坯件表面粗糙度要求高，不能有划痕，会影响焊后整体的密封性能；焊前清洗要仔细，彻底清除油污；焊后精加工过程中注意基准的选取；根据不同结构不同截面特征调整压力值控制变形量；焊接装配时通过计算预留一定热膨胀量防止焊接过程中压力顶死。[1]邹茉莉，熊亮，庄鸿寿。LD10高强铝合金真空扩散焊工艺研究。材料，热工艺，25-29.[2]李少华，付玉婷。GH3039真空扩散焊接工艺研究[J].舰船防化，2014，3：56-58.江海东（1976~），男，硕士，研究员，主要研究方向为雷达总体工艺技术及电子机械工程应用等。-全文完-