液冷盒体真空钎焊工艺技术研究

2021-03-01

金属加工(热加工) 2021年2期

安徽博微长安电子有限公司安徽六安 237010

1 序言

随着电子技术向高频化、集成化、高功率的方向发展，电子设备也呈现出高性能、小型化、集成化的发展趋势。某雷达天线阵面尺寸达10m×10m，上面安装了大量的电子设备，功率非常大。电子设备的大功率导致发热量大，资料显示，器件的可靠性对温度十分敏感，随着温度的升高，器件可靠性下降明显[1]。该雷达有数百个DAM（数字阵列模块）盒体，单个DAM盒体采取液冷形式，通过冷却液降温。该DAM盒体材料为3A21铝合金，内部水道为不规则的微通道，通过真空钎焊方式将包括定位销在内的7种零件焊接为一体。由于盒体盖板较薄，加工变形会对焊接质量产生影响，所以处理不好会影响最终产品的焊接质量。

2 试验过程

（1）焊接材料选择焊接材料使用4004-O铂状焊片，根据产品结构形式，焊片厚度选择0.15mm。

（2）结构形式盒体结构形式如图1所示，底座1厚度35.5mm，盖板2厚度3mm。所有零件材料均为3A21铝合金，通过真空钎焊一次装压焊接成形。

图1 DAM盒体结构形式

（3）零件加工盖板较薄，外形不规则，易变形，直接采用3mm铝合金板使用剪板机下料，然后用砂纸磨光两面，接着加工中心加工外形，外形加工完成后进行低温退火去应力处理，最后与其他零件组装焊接。定位销采用铝合金圆棒车成，其余零件均采用高速铣加工，其中，底座上存在大面积焊接面，其平面度对焊接面的钎透率有很大影响，根据选择焊片的厚度，平面度加工时要求在0.06mm以内。

（4）真空钎焊焊前对零件进行清洗，定位销装配前使用丙酮浸泡，其他零件装配前须经碱洗、冷水洗、酸洗、冷水洗、热水超声波清洗。装配好后，使用一定重量的压块沿焊缝部位压实（见图2），再进炉焊接。

图2 压块沿焊缝部位压实

3 试验结果及分析

（1）试验结果对钎焊完的工件进行充气检漏，未发现漏气现象，但焊缝部位出现微小的缝隙，经后期加工后缝隙明显（见图3椭圆内）。该处的缝隙短期内对盒体的密封性不会产生影响，但是氧化时的酸液会残留在缝隙中，很难清洗干净，随着时间的推延，会造成缝隙处腐蚀并延伸到内部，导致盒体漏液，轻则导致单个盒体报废，重则可能导致整个雷达阵面的大面积损坏，造成重大损失。

图3 焊缝缺陷

（2）原因分析通过查阅资料[2，3]，钎焊接头间隙未填满原因有以下几点。

1）装配间隙过大或过小。装配前，所有零件均使用三坐标测量，除盖板以外，零件面精度都在0.06mm以内，盖板为薄板，韧塑性很好，使用重物可以压实。

2）装配时零件歪斜。经检查，装配时所有零件均使用定位销或台阶定位，保证装配垂直、水平。

3）零件表面局部不洁净。焊前对各零件经过严格的清洗程序，保证零件表面洁净。

4）钎剂不合适（活性差、过早失效等）。真空钎焊不使用钎剂。

5）钎料不合适（润湿性差）。母材与钎料经评定试验，不存在润湿性差的问题。

6）钎料不足或流失、安置不当。钎料厚度0.15mm，相对来说较厚，不会不足；另外钎料是按照焊接面形状切割而成，与焊接面配合紧密。

7）钎焊温度过低或温度分布不均匀。所用钎料熔点559～591℃，焊接温度设定为最低一根热电偶温度598℃。热电偶经校准，误差在±3℃以内，达到焊接温度后整个炉内温差≤10℃。

经上述分析，认为装配间隙是唯一有可能导致钎焊接头缝隙的因素。相关资料[2]表明，母材间隙是直接影响钎焊毛细填缝的重要因素，平行板间隙钎焊时，液态钎料填缝速度是不均匀的，钎料填缝前沿不整齐，流动路线紊乱。这种毛细填缝特点直接影响钎焊接头质量，形成钎缝不致密，产生夹气、夹渣等缺陷。经测量，底座平面度为0.03～0.04mm，盖板退火去应力后的平面度在0.34～0.57mm之间，平面度较差。

一般对于真空钎焊的薄盖板不做平面度要求，复查盖板工艺，盖板采取剪切下料，外形留5mm加工余量。因此，考虑盖板剪切应力在外形加工时释放造成盖板变形，在低温退火下未去除干净，在真空钎焊的高温下继续释放引起盖板变形，从而导致母材间隙过大，影响钎料的毛细填缝。

（3）改进方案根据前面的原因分析，制定了改进方案：剪板下料时，加工余量放大至20mm，机械加工后采取高温退火，退火温度350℃，保温40min。

（4）改进结果高温退火后的盖板平面度经测量为0.18mm、0.24mm、0.27mm，将改进后的盖板与其他零件装配焊接。焊接后的试件经加工后均未出现明显的缝隙（见图4），使患钎焊接头缝隙问题得到解决。