本發(fā)明涉及鋁合金熱交換器，如油冷器、中冷器、水箱、電池冷卻器、冷凝器和蒸發(fā)器的釬焊方法，具體地說是一種鋁合金熱交換器在可控氣氛保護(hù)釬焊爐中進(jìn)行無釬劑釬焊的方法。
背景技術(shù)：
：鋁合金熱交換器在汽車、家用空調(diào)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常采用整體釬焊的方式完成產(chǎn)品的制造。爐中釬焊效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，目前絕大多數(shù)熱交換器都采用爐中釬焊方法進(jìn)行產(chǎn)品制造。目前爐中釬焊方法主要有兩種，一種為真空釬焊，另外一種為可控氣氛保護(hù)釬焊。真空釬焊利用三級(jí)抽真空系統(tǒng)對釬焊爐膛進(jìn)行抽真空，保證爐膛真空度低于3×10-3pa，釬焊時(shí)利用釬焊復(fù)合板中的mg元素在高溫、高真空條件下的揮發(fā)去除鋁合金表面氧化膜，從而實(shí)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(fù)雜，并且真空條件下利用輻射加熱，加熱速率低，釬焊時(shí)間長?？煽貧夥毡Ｗo(hù)釬焊采用非氧化性氣體進(jìn)行保護(hù)，在可控氣氛保護(hù)釬焊爐中進(jìn)行釬焊。釬焊時(shí)采用對流與輻射復(fù)合加熱，并且無抽真空工序，解決了真空釬焊效率低的缺點(diǎn)。目前的可控氣氛保護(hù)釬焊普遍采用nocolok釬劑，用于釬焊時(shí)去除鋁合金表面的氧化膜，保證釬焊過程的順利進(jìn)行?？煽貧夥課ocolok釬焊增加了噴釬劑工序，造成了粉塵污染問題。此外，nocolok釬焊的產(chǎn)品內(nèi)部有釬劑殘留，清潔度低，無法滿足某些熱交換器的高清潔度需求。并且nocolok釬焊容易出現(xiàn)釬劑堵塞導(dǎo)致虛焊，該缺陷無法在產(chǎn)品制造過程中檢出，存在重大的質(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(hù)無釬劑釬焊。在日本專利特開平09-085433號(hào)公報(bào)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(jìn)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(hào)公報(bào)中，提出了在爐內(nèi)利用事先在釬焊爐內(nèi)進(jìn)行了加熱的擋風(fēng)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。由于不銹鋼箱子需根據(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(fēng)夾具雖可在爐子中循環(huán)使用，但爐子結(jié)構(gòu)復(fù)雜。不銹鋼箱子和不銹鋼擋風(fēng)夾具都存在降低釬焊件加熱速率的缺點(diǎn)。在中國專利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(fù)合鋁合金釬焊板，實(shí)現(xiàn)了角焊縫的100％釬焊，但釬焊油冷器產(chǎn)品時(shí)，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加熱速率低，并且其外部與爐體氣氛直接接觸，釬焊時(shí)爐體氣氛中的殘留o2不斷與釬料外層發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)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，需要采用油冷器外部刷釬劑的方法進(jìn)行處理。雖然通過添加釬劑的辦法解決了該問題，但沒有實(shí)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。在美國專利公開號(hào)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(jìn)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(jìn)釬焊的進(jìn)行。然而，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(shí)酸洗的時(shí)間較長，效率不高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：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(hù)無釬劑釬焊方法，由多個(gè)零件組裝成一個(gè)熱交換器，放入可控氣氛保護(hù)釬焊爐中進(jìn)行釬焊，其特征在于：待釬焊的兩個(gè)相鄰零件中至少有一個(gè)零件采用帶釬料層的釬焊復(fù)合板制造，并經(jīng)激光清洗除去表面的原始氧化膜；所述的釬焊復(fù)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0.01％～0.50％，其余為不可避免的雜質(zhì)和al；釬料外層si含量為0～14％，mg含量＜0.05％，其余為不可避免的雜質(zhì)和al。實(shí)現(xiàn)鋁合金釬焊的關(guān)鍵是釬料熔化時(shí)其表面氧化膜的去除。釬焊時(shí)的氧化膜厚度與爐體氣氛、加熱速率、釬焊板化學(xué)成分、釬焊板復(fù)合層厚度、釬焊板原始表面狀態(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(shí)mg蒸汽的揮發(fā)破碎氧化；可控氣氛保護(hù)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(shí)擴(kuò)散逸出去除氧化膜。因此釬焊復(fù)合板的各層化學(xué)成分和復(fù)合率對釬焊質(zhì)量影響很大。此外，無釬劑釬焊對鋁合金表面的氧化膜厚度非常敏感。如果氧化膜厚度大，mg擴(kuò)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(jìn)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(jìn)了釬料的潤濕鋪展。目前，由于熱交換器結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)商開發(fā)的5層復(fù)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)明通過激光清洗時(shí)激光與鋁合金釬焊板表面相互作用產(chǎn)生的等離子體沖擊波破碎、去除鋁合金釬焊板冷熱加工過程中產(chǎn)生的致密、較厚的氧化膜，重新在室溫條件下在空氣中生成一層較為疏松、較薄的自然氧化膜。由于鋁合金材料加工過程中產(chǎn)生的氧化膜厚度不到10nm，利用激光清洗可以高速去除鋁合金表面氧化膜，并且不損傷鋁合金基體。同時(shí)，本發(fā)明不需要添加任何釬劑或真空設(shè)備，也不需要增加不銹鋼箱子、擋風(fēng)夾具，也不會(huì)像酸洗一樣產(chǎn)生大量廢水，造成環(huán)境污染。本發(fā)明采用五層釬焊復(fù)合板，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。在釬焊過程中，釬料層內(nèi)的mg加熱后擴(kuò)散逸出，mg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(jìn)了釬料的潤濕鋪展，從而實(shí)現(xiàn)cab無釬劑釬焊。同時(shí)，釬料層還含有浸潤元素鉍，可增加材料的流動(dòng)性，使焊釬縫飽滿。與釬焊復(fù)合板零件相鄰的零件可以采用五層釬焊復(fù)合板、三層復(fù)合板或者無釬料層的單層鋁合金。優(yōu)選最后者。當(dāng)焊接部位位于換熱器內(nèi)部時(shí)，不易接觸到爐體氣氛中殘留的氧，在焊接過程中單層鋁合金表面不會(huì)產(chǎn)生氧化膜，因而也無需進(jìn)行除膜處理。根據(jù)本發(fā)明，釬料內(nèi)層的復(fù)合率為3％～20％，釬料外層的復(fù)合率為3％～15％。所述的復(fù)合率為釬料層厚度占復(fù)合板總厚度的比率。釬料內(nèi)層的復(fù)合率低于3％時(shí)，釬料填充量不足，填充量超過20％時(shí)，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(kuò)散。釬料外層太厚，釬料熔化時(shí)，mg元素來不及擴(kuò)散至釬焊復(fù)合板表面。根據(jù)本發(fā)明，其余零件采用單層鋁或單層鋁合金材料制造。當(dāng)采用鋁合金材料時(shí)，優(yōu)選al-mn鋁合金。根據(jù)本發(fā)明，所述的釬焊復(fù)合板在加工成零件前進(jìn)行激光清洗處理。一種方式是整卷開卷處理后再加工成相應(yīng)的零件。另一種方式是將整卷材料裁成樣片，然后時(shí)行激光清洗，最后再加工成相應(yīng)的零件。根據(jù)本發(fā)明，所述的釬焊復(fù)合板也可以在加工成零件后進(jìn)行激光清洗處理。此時(shí)，只需對焊接部位進(jìn)行處理即可。根據(jù)本發(fā)明，由激光器、壓縮空氣噴嘴和吸塵回收嘴構(gòu)成激光清洗裝置。激光器產(chǎn)生激光束作用于釬焊復(fù)合板表面，使表面的氧化膜快速熔化，并被壓縮空氣噴嘴噴出的高壓氣體吹走，最后由吸塵回收嘴吸出。根據(jù)本發(fā)明，激光清洗的激光器為納秒脈沖固體激光器，激光脈沖寬度小于100ns，峰值功率密度大于100mw/cm2，功率為10w～300w。根據(jù)本發(fā)明，納秒激光器發(fā)出納秒激光束1，所述激光束1的光軸與待清洗零件4表面的夾角α滿足30≤α≤60°，所述壓縮空氣噴嘴2與待清洗零件4表面的夾角β滿足10≤β≤20°，所述吸塵回收嘴3與待清洗零件4表面形成的夾角γ為90°。清洗速度為1m/min～3m/min。根據(jù)本發(fā)明，所述的可控氣氛保護(hù)釬焊爐的保護(hù)氣體為氮?dú)?、惰性氣體(氬氣、氦氣)或氮?dú)馀c惰性氣體的混合氣體，爐體氣氛氧含量為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)。附圖說明下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的激光清洗過程示意圖。圖2為本發(fā)明的鋁合金熱交換器的俯視圖。圖3為本發(fā)明的鋁合金熱交換器的主視圖。具體實(shí)施方式參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的一種鋁合金熱交換器的可控氣氛保護(hù)無釬劑釬焊方法，所述的熱交換器由頂板5、翅片6、芯片7、墊板8和安裝板9組成。其中芯片7和墊板8的材料為鋁合金釬焊復(fù)合板；頂板5、翅片6和安裝板9的材料為無釬料層的單層鋁合金板，具體可以是純al或al-mn鋁合金。按以下步驟進(jìn)行：1)在加工成零件之前，采用激光清洗方法對釬焊復(fù)合板表面進(jìn)行清洗去除其表面原始氧化膜?？梢詫⒄淼拟F焊復(fù)合板開卷后進(jìn)行清洗，也可以把板狀的釬焊復(fù)合板剪成板條狀進(jìn)行清洗；2)激光清洗時(shí)激光束1與待清洗零件4表面的夾角30≤α≤60°，壓縮空氣噴嘴2與待清洗零件4表面的夾角10≤β≤20°，吸塵回收嘴3與待清洗零件4表面形成的夾角γ為90°。激光器功率為10～300w，清洗速度為1m/min～3m/min；3)將激光清洗處理過的釬焊復(fù)合板加工成芯片7和墊板8；將單層鋁合金板加工成頂板5、翅片6和安裝板9；4)將所有零件放入超聲波連續(xù)清洗機(jī)進(jìn)行水基清洗劑清洗或有機(jī)溶劑清洗；5)將清洗處理后的各零件組裝成一個(gè)熱交換器，用夾具進(jìn)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；6)將裝夾好的熱交換器放入可控氣氛保護(hù)爐進(jìn)行釬焊，釬焊爐體氣氛中的o2含量控制在20ppm以內(nèi)；7)釬焊溫度為580-610℃，冷卻出爐完成釬焊。比較例釬焊復(fù)合板為5層復(fù)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(fù)合板采用常規(guī)的3003鋁合金。將鋁合金釬焊復(fù)合板加工成零件頂板5、翅片6、芯片7、墊板8和安裝板9，將單層鋁合金板加工成采用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，清洗后進(jìn)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(hù)爐中進(jìn)行釬焊，釬焊時(shí)控制爐體氣氛o2含量＜20ppm。釬焊溫度為580-610℃，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7與芯片7間的釬縫圓角不飽滿，存在大量孔洞缺陷。實(shí)施例采用的鋁合金釬焊復(fù)合板和單層鋁合金板材與比較例完全相同。對釬焊復(fù)合板進(jìn)行激光清洗處理。激光清洗所用的激光器為納秒脈沖激光器，激光器輸出功率分別為10w、50w、100w、150w、200w、250w、300w，對應(yīng)的清洗速率分別為為1m/min、1.5m/min、2m/min、2.5m/min、3m/min、3m/min。激光束1與待清洗零件4表面的夾角為45°。激光清洗時(shí)利用等離子體沖擊波破碎、去除鋁合金釬焊板表面的冷熱加工時(shí)產(chǎn)生的致密氧化膜，重新生成一層天然的氧化膜。激光清洗后鋁合金釬焊復(fù)合板基體無損傷，表面色澤沒有發(fā)生變化。將激光清洗處理過的釬焊復(fù)合板和供貨態(tài)的單層鋁合金板加工成零件頂板5、翅片6、芯片7、墊板8和安裝板9，將所有零件采用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗。對清洗后的零件進(jìn)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(hù)爐中進(jìn)行釬焊，釬焊時(shí)控制爐體氣氛o2含量＜20ppm。釬焊后冷卻出爐。采用6種激光清洗工藝處理的釬焊復(fù)合板加工成芯片釬焊后，熱交換器外觀亮白，芯片7與芯片7間的釬縫圓角飽滿。激光功率w1050100150200250300清洗速度m/min111.522.533釬焊效果合格合格合格合格合格合格合格本發(fā)明的一種鋁合金熱交換器的可控氣氛保護(hù)無釬劑釬焊方法，不添加釬劑，而在可控氣氛保護(hù)釬焊爐中進(jìn)行釬焊，因此具有以下特點(diǎn)：1、采用可控氣氛保護(hù)釬焊爐釬焊，實(shí)現(xiàn)對流與輻射復(fù)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(shí)間短，元素?cái)U(kuò)散不明顯，釬縫質(zhì)量好。應(yīng)該理解到的是：上述實(shí)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(shí)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(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12