本發(fā)明涉及鋁合金熱交換器，如油冷器、中冷器、水箱、冷凝器和蒸發(fā)器的釬焊工藝，具體地說是一種鋁合金熱交換器在可控氣氛保護釬焊爐中進行無釬劑釬焊的方法。

背景技術(shù)：

鋁合金熱交換器的爐中釬焊方法主要有兩種，一種為真空釬焊，另外一種為Nocolok釬焊。

真空釬焊利用三級抽真空系統(tǒng)對釬焊爐膛進行抽真空，保證爐膛真空度低于3×10^-3Pa，釬焊時利用釬焊復合板中的Mg元素在高溫、高真空條件的揮發(fā)去除鋁合金表面氧化膜，從而實現(xiàn)釬焊。因此真空釬焊對爐體密封性要求高，抽真空系統(tǒng)復雜，并且真空條件下利用輻射加熱，加熱速率低，釬焊時間長。

Nocolok釬焊采用可控氣氛保護釬焊爐進行釬焊，解決了真空釬焊效率低的缺點。但Nocolok釬焊增加了噴釬劑工序，造成了成本增加和粉塵污染問題。此外，Nocolok釬焊產(chǎn)品清潔度低，無法滿足某些熱交換器的高清潔度需求。而Nocolok釬焊存在的釬劑堵塞導致虛焊缺陷無法檢出，存在重大質(zhì)量隱患。

對此，最近提出了作為解決上述問題的釬焊方法的可控氣氛保護無釬劑釬焊。

在中國專利申請公開號CN102089117B中，公開了一種釬料外層為低Si無Mg釬料層，釬料內(nèi)層為高Si含Mg釬料層的5層復合鋁合金釬焊板，實現(xiàn)了角焊縫的100％釬焊，但釬焊油冷器產(chǎn)品時，由于其外部與爐體氣氛直接接觸，釬焊時N₂中的殘留O₂不斷與釬料外層發(fā)生反應，導致釬料外層覆蓋的氧化膜大幅增厚，油冷器釬焊后外部釬縫質(zhì)量差，采用油冷器外部刷釬劑的方法進行處理。

在日本專利特開平09-085433號公報中，提到了一種在釬焊件外部覆蓋不銹鋼箱子，阻斷爐體氣氛與釬焊件的接觸，減少釬焊件外部氧化，進行非氧化性氣氛大氣壓下的無釬劑釬焊。

在日本專利特開2006-175500號公報中，提出了在爐內(nèi)利用事先在釬焊爐內(nèi)進行了加熱的擋風夾具來覆蓋釬焊件，以此改善了升溫速度的下降，并減少爐體氣氛與釬焊件的直接接觸。

在美國專利授權(quán)公告號US4240574中，公開了一種釬料層為Al-Si-Mg系的3層復合釬焊板，釬焊加熱時，當釬焊溫度升至400～550℃，釬焊加熱速率增加至50℃/min，防止釬料熔化前Mg的擴散逸出，從而實現(xiàn)無釬劑釬焊。

在美國專利授權(quán)公告號US2015053751(A1)中，公開了一種無釬劑釬焊材料的表面處理方法。對無釬劑釬焊鋁合金的釬料層表面進行酸洗處理，去除鋁合金表面的氧化膜，重新生成一層更薄的氧化膜，并且保證Si顆粒裸露出來，破壞氧化膜的連續(xù)性，從而促進釬焊的進行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

但是，在中國專利申請公開號CN102089117B中，雖然實現(xiàn)了試板的100％無釬劑釬焊連接，當將5層復合釬焊板用于油冷器釬焊時，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，加熱速率低，爐體氣氛中的殘留O₂源源不斷地對釬焊板進行氧化，導致油冷器釬焊后外部釬縫不飽滿。雖然通過添加釬劑的辦法解決了該問題，但沒有實現(xiàn)完全無釬劑釬焊。并且釬劑熔化后流入油冷器內(nèi)部，無法徹底解決油冷器清潔度問題。

在日本專利特開平09-085433號和日本專利特開2006-175500號公報中，提到了采用不銹鋼箱子和不銹鋼擋風夾具進行保護釬焊，不銹鋼箱子需根據(jù)產(chǎn)品尺寸定做，在量產(chǎn)中存在箱子數(shù)目巨大，箱子存放成為問題，而不銹鋼擋風夾具雖可在爐子中循環(huán)使用，但爐子結(jié)構(gòu)復雜。不銹鋼箱子和不銹鋼擋風夾具都存在降低釬焊件加熱速率的缺點。

在美國專利授權(quán)公告號US4240574中，釬焊加熱速率高達50℃/min，在產(chǎn)品釬焊中根本無法實現(xiàn)，只能用于小試板的釬焊試驗，因此沒有實用價值。

在美國專利授權(quán)公告號US2015053751(A1)中，需要保證釬料層中的Si顆粒裸露出來，破壞氧化膜的連續(xù)性。為了使得Si顆粒裸露出來，需要腐蝕掉鋁合金表面3μm左右的鋁合金，酸洗液的消耗量非常大，增加了污水處理成本。同時酸洗的時間較長，效率不高。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種鋁合金熱交換器的可控氣氛保護釬焊方法，由相應的零件組裝成一個熱交換器，放入可控氣氛保護釬焊爐中進行釬焊，其特征在于：相鄰焊接的兩個零件中至少有一個零件采用釬焊復合板制造，并經(jīng)酸洗除去表面的氧化膜；所述的釬焊復合板為5層結(jié)構(gòu)，中心層為鋁合金芯層，兩側(cè)各分布有兩層釬料層；其中釬料內(nèi)層Si含量為5％～20％，Mg含量為0.01％～3％，Bi含量為0.05％～0.20％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al；釬料外層Si含量為6％～14％，Mg含量＜0.05％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al。

實現(xiàn)鋁合金釬焊的關(guān)鍵是釬料熔化時其表面氧化膜的去除。氧化膜的厚度與爐體氣氛、加熱速率、釬焊板化學成分、釬焊板復合層厚度、釬焊板表面狀態(tài)、釬焊件結(jié)構(gòu)等有關(guān)。

不同于Nocolok釬焊利用釬劑的溶解、破碎氧化膜；真空釬焊利用高真空條件下加熱時Mg蒸汽的揮發(fā)破碎氧化；可控氣氛保護無釬劑釬焊既無釬劑的作用，也無Mg蒸汽的作用，只是依靠材料中的微量Mg元素的適時擴散逸出去除氧化膜。

如果氧化膜厚度大，Mg擴散逸出后與Al₂O₃生成MgO薄膜，連續(xù)覆蓋在鋁合金表面，阻礙釬焊過程的進行。

如果氧化膜厚度小，Mg與與Al₂O₃生成顆粒狀的MgAl₂O₄，彌散分布在鋁合金表面，從而破壞了氧化膜的連續(xù)性，促進了釬料的潤濕鋪展。

目前，由于熱交換器結(jié)構(gòu)復雜，加熱速率低，而爐體氣氛中的氧含量普遍高于20ppm，因此，原材料供應商開發(fā)的5層復合無釬劑釬焊板仍然無法直接用于熱交換器產(chǎn)品的釬焊。釬焊后，熱交換器表面與爐體氣氛直接接觸的部分釬縫圓角小，甚至沒有釬焊成形。

本發(fā)明通過酸洗的辦法去除鋁合金釬焊板熱加工過程中產(chǎn)生的致密氧化膜，重新在室溫條件下在空氣中生成一層較為疏松的氧化膜。由于鋁合金材料加工過程中產(chǎn)生的氧化膜厚度不到10nm，酸洗處理時只需去除鋁合金表面不到10nm的氧化膜，因此具有酸洗處理速度快、酸洗液用量少的優(yōu)點。同時，本發(fā)明不需要添加任何釬劑或真空設備，也不需要增加不銹鋼箱子、擋風夾具，對釬焊爐加熱速率也沒有特殊要求。

根據(jù)本發(fā)明，所述釬焊復合板的釬料內(nèi)層Si含量為8％～13％，Mg含量為0.05％～0.5％，Bi含量為0.05％～0.20％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al；釬料外層Si含量為4％～10％，Mg含量＜0.05％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al。這樣，釬料外層為低Si無Mg釬料層，釬料內(nèi)層為高Si含Mg釬料層。

根據(jù)本發(fā)明，釬料內(nèi)層復合率為8％～15％，釬料外層復合率為3％～5％。所述的復合率為釬料層厚度占復合板總厚度的比率。釬料內(nèi)層的復合率低于8％時，釬料填充量不足，填充量超過13％時，容易造成釬料局部堆積、溶蝕。釬料外層太薄，不利于抑制Mg元素的提前擴散。釬料外層太厚，釬料熔化時，Mg元素來不及擴散至釬焊復合板表面。

根據(jù)本發(fā)明，非釬焊復合板材料為1XXX、3XXXX或6XXXX鋁合金。

根據(jù)本發(fā)明，非釬焊復合板制造的零件無需進行酸洗處理。

根據(jù)本發(fā)明，所述的可控氣氛保護釬焊爐中氧含量為20ppm以下。

根據(jù)本發(fā)明，組成釬焊件各零件的配合間隙需控制在0.08mm以內(nèi)。

本發(fā)明的一種鋁合金熱交換器的可控氣氛保護釬焊方法，具體包括以下步驟：

1)將釬焊復合板開卷，連續(xù)通過酸洗槽、漂洗槽，烘干后通過軋機重新制成卷料；

2)將酸洗處理過的釬焊復合板沖壓成零件；

3)將所有零件進行有機溶劑清洗處理；

4)將清洗處理后的零件組裝成一個熱交換器，用夾具進行裝夾，裝夾后測量各零件間的配合間隙，保證配合間隙小于0.08mm；

5)將裝夾好的熱交換器放入可控氣氛保護爐進行釬焊，釬焊爐體氣氛中的O₂含量控制在20ppm以內(nèi)；

6)熱交換器冷卻至100℃以下出爐，完成釬焊。

根據(jù)本發(fā)明，酸洗方法采用的酸洗液為無機酸、有機酸或復合酸。

根據(jù)本發(fā)明，酸洗液的濃度為1％～80％。

根據(jù)本發(fā)明，酸洗時間為5s～20min。

附圖說明

圖1是本發(fā)明熱交換器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖2是本發(fā)明熱交換器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)俯視圖。

具體實施方式

參照圖1和圖2，本發(fā)明的一種鋁合金熱交換器的可控氣氛保護釬焊方法，所述的熱交換器由頂板1、翅片2、芯片3、墊板4和安裝板5組成。其中芯片3和墊板4的材料為鋁合金釬焊復合板；頂板1、翅片2和安裝板5的材料為非釬焊復合板，具體可以是1XXX、3XXXX或6XXXX鋁合金。按以下步驟進行：

1)將釬焊復合板開卷，連續(xù)通過酸洗槽、漂洗槽，烘干后通過軋機重新制成卷料；采用的酸洗液為無機酸、有機酸或復合酸，酸洗液的濃度為1％～80％，酸洗時間為5s～20min；

2)將酸洗處理過的釬焊復合板沖壓成芯片3和墊板4；將鋁合金材料沖壓成頂板1、翅片2和安裝板5；

3)將所有零件進行有機溶劑清洗處理；

4)將清洗處理后的各零件組裝成一個熱交換器，用夾具進行裝夾，裝夾后測量各零件間的配合間隙，保證配合間隙小于0.08mm；裝夾前后無需在熱交換器內(nèi)部和外部涂覆釬劑；

5)將裝夾好的熱交換器放入可控氣氛保護爐進行釬焊，釬焊爐體氣氛中的O₂含量控制在20ppm以內(nèi)；

6)熱交換器冷卻至100℃以下出爐，完成釬焊。

比較例

釬焊復合板為5層復合材料。芯層為常規(guī)的3003鋁合金，釬焊內(nèi)層為4045MOD鋁合金，Si含量為9.77％，Mg含量為0.12％，Bi含量為0.05％～0.20％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al。釬料外層為4343鋁合金，Si含量為7.62％，Mg含量＜0.05％，其余為不可避免的雜質(zhì)和Al。非釬焊復合板采用常規(guī)的3003鋁合金。

將釬焊復合板和非釬焊復合板沖壓成零件頂板1、翅片2、芯片3、墊板4和安裝板5，采用有機溶劑進行清洗，清洗后進行裝夾，裝夾后保證各零件配合間隙小于0.08mm，裝夾后放入可控氣氛保護爐中進行釬焊，釬焊時控制爐體氣氛O₂含量＜20ppm。釬焊后冷卻至100℃以下出爐。

釬焊后發(fā)現(xiàn)熱交換器外觀發(fā)黑，熱交換器芯片3與芯片3間的釬縫圓角不飽滿，存在大量孔洞缺陷。

實施例1

采用的釬焊復合板和非釬焊復合板材料與比較例完全相同。

將釬焊復合板和非釬焊復合板沖壓成零件頂板1、翅片2、芯片3、墊板4和安裝板5，對零件頂板1、翅片2和安裝板5采用有機溶劑進行清洗。

對零件芯片3和墊板4進行酸洗處理，酸洗液為5％濃度的稀鹽酸，酸洗時間為20min，酸洗后釬焊復合板表面的Si顆粒裸露出來，酸洗后用清水漂洗，烘干。

對清洗后的零件進行裝夾，裝夾后保證各零件配合間隙小于0.08mm，裝夾后放入可控氣氛保護爐中進行釬焊，釬焊時控制爐體氣氛O₂含量＜20ppm。釬焊后冷卻至100℃以下出爐。

釬焊后發(fā)現(xiàn)熱交換器外觀亮白，熱交換器芯片與芯片3間的釬縫圓角飽滿。

實施例2

采用的釬焊復合板和非釬焊復合板材料與比較例完全相同。

釬焊復合板和非釬焊復合板沖壓成零件頂板1、翅片2、芯片3、墊板4和安裝板5，對零件頂板1、翅片2和安裝板5采用有機溶劑進行清洗。

對零件芯片3和墊板4進行酸洗處理，酸洗液為20％濃度的檸檬酸和5％濃度的硝酸的復合酸，酸洗時間為如下表所示，酸洗后鋁合金釬焊表面的原始氧化膜去除，重新生成一層氧化膜。當酸洗時間較長時，釬料外層中的部分Si顆粒裸露出來，破壞了氧化膜的連續(xù)性。酸洗后用清水漂洗，烘干。

對清洗后的零件進行裝夾，裝夾后保證各零件配合間隙小于0.08mm，裝夾后放入可控氣氛保護爐中進行釬焊，釬焊時控制爐體氣氛O₂含量＜20ppm。釬焊后冷卻至100℃以下出爐。

釬焊后發(fā)現(xiàn)熱交換器外觀亮白，熱交換器芯片與芯片3間的釬縫圓角飽滿。酸洗后Si顆粒是否裸露對釬焊結(jié)果沒有影響。

本發(fā)明的一種鋁合金熱交換器的釬焊方法，不添加釬劑，而在可控氣氛保護釬焊爐中進行釬焊，因此具有以下特點：

1、采用可控氣氛保護釬焊爐釬焊，實現(xiàn)對流與輻射復合傳熱，釬焊效率高。

2、熱交換器內(nèi)外部無釬劑存在，外觀質(zhì)量好，內(nèi)部清潔度高。

3、與真空釬焊相比，加熱時間短，元素擴散不明顯，釬縫質(zhì)量好。

應該理解到的是：上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。