汽车换热器钎焊工艺研究.pdf
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1、2023 年 25 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application汽车换热器钎焊工艺研究张磊,雷冬(比亚迪汽车工业有限公司,西安 710000)铝换热器的生产主要通过钎焊完成,其原理是加热熔点低于焊接金属的 Al-Si 共晶钎料,使其融化成液态填充焊接缝隙,以此连接焊件。由于这种钎料的钎焊温度基本在 600 益以上,非常接近于合金固相线温度,易发生溶蚀的现象1-3。已有较多文献对影响铝合金钎焊质量的因素进行研究。包括添加不同比例 Ge、Cu、Si、Zn 元素,开发低温钎剂,降低钎焊温度,减少溶蚀。具体以 Al-Si 共晶钎料为基础,添加 10
2、%Ge、20%Cu 使 Al-Mg、Al-Mg-Si合金的钎焊温度降至 530 益以下;添加 15%Cu 和 4%Ni 使钎剂液相线温度降至 515 益;添加 1.0%Cu 或 Sn使 4343 合金钎焊温度降低 1520 益4-6。随着钎料中Cu、Si、Zn 含量的增加,焊接接头强度会相应升高,但是 Zn 元素增多会降低合金的腐蚀电位,降低零件抗腐蚀性能。如果使用 Al 元素含量低于 8%的 Al-Zn 钎料进行钎焊,3003 铝合金的火焰钎焊的接头成型效果较好,由于焊缝的金属固溶强化作用,焊缝的显微硬度会比母材高一点7-9。也有针对真空钎焊中不同的焊接温度、升温速率、保温时间和炉内氧含量等
3、条件,分析其对产品钎焊质量的影响。其中保温时间适当加长,可减少 Si 偏聚,增强焊缝强度;炉内氧含量降低,钎剂去膜能力增强,可提高产品爆破压力;钎焊温度升温较快,均匀化处理温度较高时,铝芯材的晶粒均匀细化,可适当提高产品屈服强度3,10-11。以上研究主要从理论或实验阶段进行钎焊研究,文献中提到的低温钎剂或延长保温时间等热处理改善措施,因成本和生产效率问题,工业生产中暂未普遍应用。本文针对某款汽车换热器的钎焊工艺过程进行分析,结合实验测试及生产应用,优化钎焊工艺参数,提高换热器钎焊的合格率,以期对后续的生产提供一定的技术参考。1换热器钎焊过程换热器钎焊生产时,常用隧道式钎焊炉,钎焊炉分为烘干区
4、、预热区、钎焊区及冷却区,产品依次随钎焊炉网带进入炉内焊接。某款换热器钎焊时网带速度1 400 mm/min,氮气流量 25 m3/h,炉内氧含量 20 PPM。钎焊时的钎焊温度设定参数见表 1。产品焊接采用3003 芯材与 4343 皮材。第一作者简介:张磊(1991-),男,工程师。研究方向为汽车空调系统开发。摘要:为了改善换热器钎焊质量,设置 608、611、614 和 617 益的 4 组钎焊温度,观察焊缝金相及测试材料性能。结果显示随着钎焊温度的升高,材料的屈服强度会因为材料晶粒增长而逐渐减小。适当升高钎焊温度在 611614 益之间时,焊缝溶蚀少,气密检测合格率与爆破压力较高,焊接
5、质量较好。该文提供一些钎焊质量优化措施,利于生产时参考执行。关键词:汽车;换热器;钎焊温度;铝合金;焊缝金相中图分类号院TG457.14文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤25-0054-04Abstract:This study aims to improve the quality of brazing for heat exchangers by setting four different brazing temperatures(608 益,611 益,614 益,and 617 益冤 and observing the microstructure and pro
6、perties of the test materials.The results showed thatincreasing the brazing temperature resulted in decreased yield strength due to the growth of material grains.However,when thetemperature was raised between 611 益 and 614 益,the weld corrosion is less,the qualified rate of airtight inspection and bl
7、astingpressure are higher,and the welding quality is better.This paper provides some measures to optimize the brazing quality,whichcan be used for reference in production.Keywords:automobile;heat exchanger;brazing temperature;aluminum alloy;weld metallographyDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.25.01354
8、-实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 25 期换热器经钎焊后出炉,部分产品存在翅片与扁管溶蚀焊化的现象,使用 2 MPa 氦气压力进行气密检测,发现集流管与扁管部分区域泄露的问题,如图 1 所示。、渊a冤钎焊入炉渊b冤焊接缺陷图 1钎焊入炉及焊接缺陷根据已有文献及生产经验,产品此时的问题主要是由于钎焊温度过高,钎剂流动性加强,Si 元素大量聚集,导致产品溶蚀泄露。为了满足产品钎焊的需求,固定现有网带速度,理论可通过降低钎焊温度解决溶蚀问题。但是钎焊温度及保温时间一定程度会影响产品芯材的晶粒均匀化程度,导致材料的强度性能呈
9、现不同的状态10,为了将钎焊温度设定在最有利于产品性能的状态,需针对新工艺参数焊接后的样件进行金相测试,观察产品的焊缝状态后再确定钎焊温度调整范围。为此改变钎焊区的温度设定,焊接实验样件,每组焊接 20 个,焊接 4 组,焊接后的样件如下进行处理,焊接实验参数见表 2。一是样件进行线切割,对焊合面打磨、抛光、酸蚀后,进行焊缝金相观察,并测量芯材晶粒大小变化。二是测量不同焊接温度下的芯材屈服强度。三是针对样件进行气密检测和爆破测试。预热 1 区 预热 2 区 钎焊 1 区 钎焊 2 区 钎焊 3 区 钎焊 4 区 钎焊 5 区 钎焊 6 区 580 590 605 615 620 620 610
10、 605 表 1钎焊温度益编号 钎焊 1 区 钎焊 2 区 钎焊 3 区 钎焊 4 区 钎焊 5 区 钎焊 6 区 1 600 605 608 608 605 600 2 605 608 611 611 608 605 3 605 610 614 614 610 605 4 605 612 617 617 610 605 表 2实验温度2结果及分析经处理过的样件金相如图 2 所示,可以看出随着焊接温度的上升,钎剂中的 Si 元素会顺着晶界逐渐聚集,导致焊接面开始溶蚀,出现零星的凹坑,直到 617 益时,溶蚀凹坑显著增大。608 益时,焊缝与芯材的分界面较为清晰,焊接温度继续升高,钎剂中的金属元
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