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真空钎焊与搅拌摩擦焊在冷板上的工艺对比分析

真空钎焊与搅拌摩擦焊在冷板上的工艺对比分析

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?在电力电子行业的冷板(散热器)焊接领域,铝真空钎焊和搅拌摩擦焊(FSW) 作为两种先进的焊接工艺广泛的应用在冷板(散热器)产品不同的使用领域,两种各具特性的焊接工艺具有各自优势,存在有一定的差异和侧重点不同。

 

本文将针对两者的特性,对真空钎焊和(FSW)进行技术比较。

 

搅拌摩擦焊(FSW)

 

原理

搅拌摩擦焊(FSW)焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝中,利用高速旋转的搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热量,使焊头前面的材料发生强烈塑性变形热,然后随着焊头沿着焊接界面向前移动,高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后,并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。

 

搅拌摩擦(FSW)是一种通过搅拌头在母材本体搅拌摩擦时把铝分子熔合到一起完成焊接的一种方法,属于固相焊接。但是由于焊接方法特点的限制,仅限于线性的焊接轨迹。

 

 

优点
1

焊接接头热影响区显微组织变化小,应力较低,只是局部影响材料金相,不影响整体性硬度

2

操作过程方便实现机械化、自动化、能耗低,对作业环境要求低

3

无需添加焊丝,不需焊前除氧化膜,不需要保护气体

4

焊接过程安全、无污染、无烟尘等

5

节能、环保,成本低

 

缺点
1

只能对焊缝进行单道焊接,线性焊接,焊速不是很快,焊接效率低。

2

工装夹具要求高,投入成本较高

3

焊接结束焊缝终点会留有一个工艺孔,需要对工艺孔复杂设计处理

4

焊接后产品的变形量较大些

5

搅拌头的磨损消耗太快

6

对应冷板流道设计要简单化,不能做到腔体内部结构复杂焊接,散热特性难以满足要求时,需要增加流量来弥补要求,对散热性能要求高的产品最终转换到成套设备提高成本

 

真空钎焊

 

原理

1、是指工件在真空室内进行加热焊接,主要用于要求质量高的产品和易氧化材料的焊接;

2、钎焊属于固相连接,钎焊时母材不熔化,由于采用比母材熔化温度低的钎料,加热温度采取低于母材固相线而高于钎料液相线的一种连接方法;

3、被连接的零件和钎料加热到钎料熔化,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接;

4、真空钎焊是借助真空环境下与不同的作用机理清除氧化膜,因不用钎剂,显著提高了产品的抗腐蚀性;

5、钎料的湿润性和流动性良好,可以焊更复杂和狭小通道的部位,有很高的成品率,有好的安全生产条件。

 

 

优点
1

可一次钎焊多道邻近的焊缝形同整个面,焊接时可以叠加装炉,根据炉子的容量,同炉钎焊多个组件,提高焊接效率高

2

所焊产品可以在承受高耐压时不变形

3

工装夹具通用,一次性投入成本,通常不需要为产品特殊设计再投入

4

工件整体受热均匀,热应力小,可将变形量控制到最小程度,可实现小余量平整易加工

5

工件处于真空条件下,不会出现氧化、增碳、脱碳及污染变质等现象,钎缝成形美观,难腐蚀

6

对应冷板流道结构根据参数任意设计复杂流道,可做到产品性能散热特性更优越、更稳定

 

缺点
1

高温焊接后材料硬度降低,冷板特性要求需要重新热处理提高硬度,增加成本。

2

焊接操作过程中对工艺要求高,技术难度大,能耗高,时间长

3

焊接前清洗、环保费用成本高

 

焊缝区别

 

 

焊后硬度对比

 

 

 

由于电力电子成套设备针对不同的应用领域对散热性能的要求不同,采用冷板(散热器)焊接工艺要求不同来选择。

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