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铜硬焊散热器技术

2018-12-08 00:00500

五十年代汽车工业的热交换器的制造主要采用铜材料的锡焊技术。在六十年代末、七十年代初,铜材料成本是铝材料的2~3倍。为了减少成本,降低产品重量,开始采用铝制散热器的焊技术,使用生产线半自动化和自动化生产加工作业,但铝散热器的工艺过程复杂、工作环境要求苛刻,并对环境造成破坏。在90年代以后新型铜硬焊散热器比铝散热器的制造成本更低,鉴于铜材料有不可替代的优点,因此在90年代末,国际铜业协会(ICA)开发出最新的汽车热交换器制造新技术―铜硬焊(CuproBraze热交换器生产技术,并由奥托昆普公司(Outokumpu)实施。由此开创了汽车热交换器制造技术更新和飞跃的时代。

铜硬焊散热器的工艺技术原理

铜硬焊技术的核心是无焊剂、无铅焊合金以及抗退火材料。其原理是用OKC600铜填料(金属粉末所加工的焊膏,奥托昆普技术专利US-Patent 5378294)在590~610℃时熔化,依靠金属毛细管作用力,流入焊接间隙,与母体材料(抗退火铜材)发生反应,在交界处形成合金金属连续体,构成高强度的金属一体化结构。

铜硬焊散热器的主要材料

散热器材料

硬焊的一般温度在590~610℃之间,这意味着散热器必须采用能够抵抗较高温度的材料。铜硬焊散热器采用的原材料是奥托昆普铜材,此材料经过特殊设计和研制的抗退火铜合金,是焊用的高强度材料;

散热管材料

这是由85%铜和1%合金元素余量为锌组成的CuZn15铜制品;

散热带材料

该合金是一种弥散强化型合金,可防止材料在焊时软化,在焊接过程中能够达到较高的传导率;

主片

主片采用含铜量64%的铜合金;

填料

采用奥托昆普公司开发的铜硬焊金属填料(专利号为US patent 5378294)OKC600。该填料是一种不具有毒性的CuNiSnP合金,主要成份有:铜约75%、磷约5%、锌约15%、镍约5%。熔化温度为600℃,熔化范围为10℃。

铜硬焊散热器工艺要点

制带

与传统锡焊散热器工艺相同。但是,为了确保散热片顶部和管子间隙尺寸要求,生产波浪形散热片的波峰高度的一致十分重要。根据工艺要求,可以采用波峰弥散焊膏方式或管子表面涂敷方式。

制管

可以采用高频焊管、咬口管、型管、B型管及激光制管。如果用管子表面涂敷,需要注意几件事情:
-为了防止管带在组装成芯子和压装出现变形,焊膏的涂敷涂层应尽可能薄。推荐使用高金属含量的焊膏,经烘干后也能拥有光滑的表面;
-涂层厚度要均匀。推荐值为150~200g/m2,管带之间接触愈好,焊涂层就可以愈薄;
-大部分焊焊膏需要烘干。这通常用暖风烘干。要遵守焊膏供货商的使用说明,需要指出的是在烘干过程中,温度过高可能影响(氧化)焊粉末,导致不良的焊结果。

主片

主片上孔采用冲孔突缘和加强筋工艺,便于焊膏流入主片和插入管子的缝隙,缝隙应小于0.1mm。
焊卡具要求低密度,即卡具材料的热膨胀系数尽可能接近黄铜和铜,以避免由于卡具尺寸变化导致管带的永久变形。

焊炉

有3种类型,当小批量生产时,采用断续炉;中批量生产采用半连续炉;大批量生产用连续炉(工件长于1,000m不推荐用连续炉)。

铜硬焊散热器的优越性

铜硬焊散热器具有铝制散热器不可替代的优点,如:

成本低

目前铜材料的价格十分稳定,而铝价格波动较大;虽然铜的比重较铝大,但铜容易加工成薄型材料;工艺简单(不需焊前焊后处理),焊温度容易控制(熔点温度允差范围大),焊速度快,成本率高;可利用铝焊散热器的加工设备(焊炉)和生产线,氮气用量小,能节约能源,节约加工成本。

小型化

铜的导热性好,强度和刚度大,可使材料厚度减薄,为铜硬焊散热器小型化设计奠定基础。

无污染

铜硬焊工艺不需要使用焊剂,不需要进行前后期清洗,采用无铅低温焊接,改善工作环境,减少污染。

回收利用

材料的回收和再生产利用率高。

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