汽车热交换器钎焊工艺

汽车热交换器钎焊工艺 钎焊技术钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件与钎 料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度 （使母材仍保持为 固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩 散实现被焊工件连接的一种方法。铝合金比强度高、导热性好、 耐腐蚀、易成形，是制造热交换器的理想材料。为减轻重量，提 高换热效率，轿车空调热交换器普遍采用管带式、平流式与层叠 式等全铝热交换器。铝热交换器生产的关键技术是钎焊，无腐蚀 性钎焊方法有钎剂炉中钎焊（以下简称钎焊）与真空钎焊，钎焊 主要用于管带式与平流式冷凝器的大规模钎焊。 1 1 钎焊炉钎焊炉 钎焊炉有连续隧道炉与分批式单室炉两种类型， 保护气氛可采 用静态或强迫对流方式，国内引进的钎焊炉都是静态气氛隧道 炉。隧道炉一般由钎剂涂敷装置（喷淋室）、干燥室（烘干炉）、 钎焊室、水冷罩室、空冷室几部分组成。钎剂涂敷装置依靠传送 带运输，对热交换器喷涂钎剂悬浮液，然后吹除多余的液体。干 燥室在 200℃左右烘干钎剂。 钎焊室为整体不锈钢马弗结构， 马 弗进口端固定，出口端浮动，不锈钢网带从马弗内穿过，马弗内 为氮气保护环境，工件在马弗内完成钎焊。氮气从工件升温到钎 焊温度的那一段进入马弗，向钎焊室进出口方向排出，同时钎焊 室进出口处用大流量氮气隔离车间气氛。 马弗上下布置电加热元 件，分区 PID 控制，四周为绝热层与外部钢壳。水冷罩室与空 冷室位于钎焊室的尾部， 钎焊后的热交换器先后经过水冷罩室与 第 1 页 空冷室，被冷却至室温。 2 2 钎焊用材料钎焊用材料 2 2．．1 1 钎剂钎剂 钎焊熔剂 （钎剂） 是钎焊过程中用的熔剂， 与钎料配合使用， 是保证钎焊过程顺利进行与获得致密接头不可缺少的。 钎剂的作 用是清除熔融钎料与母材表面的氧化物， 保护钎料及母材表面不 被继续氧化，改善钎料对母材的润湿性能，促进界面活化，使其 能顺利地实现钎焊过程。 钎剂与钎料的合理选用对钎焊接头的质 量起关键作用。 钎剂（钎剂最早是加拿大 Alcan 铝业的注册商标）是通用分 子式为 K1－3AlF4-6 的氟铝酸钾盐的混合物，其中可能存在一 个结晶水。 SOLVAY 公司的钎剂100 FLUX熔化温度为 560～ 577 ℃ ， 组 成 为 28 ～ 31 ％ K ， 16 ～ 18 ％ Al,49 ～ 53F,≤0.03Fe,≤0.02Ca， ≤2.5H2O550℃， 钎剂呈 白色粉末状，50％的粉粒粒度小于 12μm，不吸潮，微溶于水 （20℃时 4.5g/l），20℃时松密度为 450～600kg/m3,密度 为2.8g/cm3 。 日 本 森 田 公 司 的 钎 剂 组 成 为76KAlF4,24K2AlF5H2O，熔融开始温度为 558℃。 国内常用钎剂牌号规格见表 1 常用的铝用硬钎剂成分、特点 及用途。 钎剂在室温与钎焊温度下不与 Al 发生反应而仅在熔融（至 少部分熔融）下才具有反应活性，钎剂熔融后溶解Al 表面的 Al2O3，润湿接合面，降低液态钎料的表面张力 ,使液态钎料利 第 2 页 用毛细作用自由地流入接合面,并防止表面重新氧化。冷却后， 钎剂在部件表面形成一层1～2μm 的残余物（钎剂载有量为 5g/m2 时），附着力强，不吸湿，无腐蚀性，在热交换过程中 不会出现碎裂，毋需清除，可直接喷漆。 2 2．．2 2 适合钎焊的铝合金适合钎焊的铝合金 铝合金钎焊要求母材固相线温度不低于 615℃， 同时由于钎 剂对合金表面的 MgO 的溶解有一定的限度，且 Mg 与 MgO 与 钎剂反应生成 MgF2，使得钎剂熔点升高失去活性，故要求 Mg 含量不超过 1％（最好不超过 0.5％）。因此适合钎焊的铝合金 有工业纯铝与 Mg 含量较低的 Al－Mn 合金（如 AA3003、 AA3102、AA3005、AA3105 等）与 Al－Mg－Si 合金（如 AA6063、AA6951、G77、K70A 等）。对于复合铝箔，由于 厚度仅有 0.1～0.16mm， 还要求它在钎焊温度下抗下垂 （变形） 能力强。 2 2．．3 3 钎料钎料 复合钎料复合钎料 表 2 为 钎 焊 用 复 合 钎 料 ， 一 般 采 用 AA4343 或 AA4045,AA4045 用于填充大的钎缝或较低的钎焊温度环境, AA4145 可用于更低的钎焊 表 2 钎焊用钎料合金每个合计温度 牌号 化学成分％ SiFeCuMnMgCr 第 3 页 熔化温钎焊温 度℃度℃ ZnTi其它 Al 43436.8～8.2 0.8 0.25 0.1 0.02 0.05 0.15 余量 577～600～ 615620 40459.0～11 0.8 0.3 0.05 0.05 0.1 0.2577～590～ 0.05 0.15 余量 4N43 6.8～8.2 0.8 0.25 0.1 0.5～2.5 0.05 0.15 余量 4N45 9.0～11 0.8 0.3 0.05 0.05 0.5～ 2.5 0.05 0.15 余量 590605 576～600～ 609620 576～590～ 588605 41459.3～10.7 0.8 3.3～4.7 0.15 0.15520～570～ 0.15 0.02 0.05 0.15 余量585605 404711～13 0.8 0.3 0.15 0.1 0.02 0.05 577～580～ 0.15 余量580605 AA4N43 与 AA4N45 中的 Zn 起阳极保护作用，商品化的 钎料 Zn 含量一般为 1～1.5％， 过高的 Zn 含量降低钎料的流动 性与钎焊性。AA4047 是共晶钎料，在推荐的钎焊温度下流动性 太强而难于控制，溶蚀倾向较其它钎料高，一般用于火焰钎焊。 钎料一般作为复合材料的皮材， 根据用途的不同皮材采用双面复 合或单面复合，复合率（单面）为5～10％。相互钎焊连接的两 个零件， 只需要一个零件采用复合材料， 不便于采用复合材料时， 可采用钎料箔、板或丝。 铝基钎料（焊丝、焊片、焊粉）铝基钎料（焊丝、焊片、焊粉） 第 4 页 铝基钎适用于火焰钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊与真空钎焊等 工艺方法。根据 GB/T1381592铝基钎料标准规定，铝 基钎料的分类、型号、形状及熔化温度范围见表 3。 表表 3 3铝基钎料的分类、型号、形状及熔化温度铝基钎料的分类、型号、形状及熔化温度 分类钎料型号 BAl88Si 铝硅 BAl90Si BAl92Si 铝硅铜 BAl67CuSi BAl86SiCu BAl86SiMg 铝硅镁 BAl88SiMg BAl89SiMg BAl90SiMg 熔化温度℃ 钎焊温度℃ 577 577 577 525 520 559 559 559 559 580 590 615 535 585 579 591 582 607 形状 丝、带、条、 粉 丝、带 丝、带 条 丝、带、条 丝、带 丝、带 丝、带 丝、带 铝基钎料的化学成分应符合表 4 规定。丝状、带状、条状钎 料表面应光洁，不应有影响钎焊性能的油污、夹杂物、起皮、分 层与裂纹等缺陷。 每批钎料应在不同部位取三个