钎焊技术详细

的润滑油(脂)等赃物,获得可水润湿的表面,以便于均匀涂敷钎剂。零件表面的脱脂,可采用有机溶剂(三氯乙烷或三氯乙烯)蒸气清洗、水基清洗剂清洗或碱洗等方法。如果在原材料加工中不涂油或采用挥发性润滑油并在零部件加工过程中采用挥发性润滑油,根据润滑油挥发性的不同,可免清洗或采用热风干燥除油,为提高钎剂悬浮液的润湿性,可在悬浮液中加入0.1%的表面活性剂(NCH)。表面活性剂太多,会降低钎焊性和产品的耐腐蚀性。 3. 零件的装配

保证芯子装配后的钎缝间隙,有利于获得良好的钎焊质量。翅片(复合铝箔)与扁管,推荐采用无间隙配合,复合铝箔的皮材充当间隙,局部间隙过大时可插入钎料箔,但可能引起局部溶蚀、局部焊点过大。其它部位的钎焊间隙主要依靠零件加工尺寸保证,钎焊间隙越大,所需钎剂载有量越大,最好不超过0.1mm。NOCOLOK钎焊芯子装配后一般用夹具夹紧,由于铝和不锈钢夹具的热膨胀系数不同,夹紧力太大,易造成钎焊后翅片弯曲倒伏和芯子尺寸超差;夹紧力太小,翅片易虚焊、松脱。

4.钎剂悬浮液的配制和涂敷

钎剂用蒸馏水、去离子水或饮用纯水配制成悬浮液使用,推荐表面钎剂载有量为5g/m2。钎剂悬浮液的浓度、零部件清洗质量、涂敷方法、过量钎剂的吹除、工件的复杂程度和涂敷装置网带速度等均会影响钎剂的实际载有量。一般钎剂悬浮液浓度为5~10%,对于扁管与集流管等重要钎缝,可单独刷扫浓度为30~50%的悬浮液以确保钎焊质量。钎剂载有量过大(超过5g/m2),会造成钎焊后的芯子颜色变灰发黑、钎剂残余物附着力差影响油漆附着、热交换器有异味等,并降低钎焊炉马弗的使用寿命。NOCOLOK钎剂的残余物有一定的H2S气味,且钎剂残余物的存在影响蒸发器的表面钝化和亲水处理。 5. 钎剂的干燥

涂敷钎剂后的工件需彻底干燥除去水分。水分在钎焊过程中可与KAlF4反应生成HF,影响钎焊,加大马弗和网带等的腐蚀,增加HF废气处理工作量。工件的干燥程度受干燥温度和网带速度的影响,一般温度控制在200℃左右,不可超过250℃,否则工件氧化严重,钎剂无法去除氧化膜。 6. 钎焊温度和网带速度

制定适宜的钎焊温度和网带速度是保证钎焊质量的关键。采用AA4045,钎焊区温度控制在600-610℃;采用AA4343,钎焊区温度控制在610-620℃。网带速度冷凝器为750-850mm/min。钎焊温度太高,网带速度太慢,易造成钎料流失、溶蚀、翅片弯曲等缺陷;钎焊温度太低,网带速度太快,工件尚未达到必要的钎焊温度,各部位温度不均衡,容易造成虚焊、泄漏、钎缝不连续等缺陷。钎焊温度和网带速度需通过测量工件在炉内的实际温度曲线确定,工件各部位升温到钎焊温度保温3-5分钟即可。 7. 钎焊气氛

推荐采用高纯液氮气化的氮气,钢厂生产的高纯液氮纯度达99.9995%,其中氧含量小于3ppm,露点低于-73℃。但在典型的隧道炉中,由于工件、夹具和连续运转的网带会将水分和空气带入炉内,以及氮气的进排气不平衡导致车间气氛返流,炉内气氛总是高于这一水平。为保证钎焊效果,必须保证隧道炉钎焊段的气氛露点不超过-40℃,氧含量不超过100ppm。如钎焊气氛差,需要提高钎剂载有量。

8. 复合材料皮材的均匀性

复合材料皮材复合不均匀会造成虚焊、烧损、钎缝不连续、泄漏等缺陷,国产复合材料皮材的均匀性不及进口材料。 9. 复合铝箔的抗弯曲性

复合铝箔在钎焊温度下的抗弯曲性是衡量铝箔质量的一个很重要的性能指标,复合铝箔的抗弯曲性差,钎焊时翅片弯曲、倒伏、粘连,严重影响热交换器的外观质量和换热性能。研究表明,这是由于复合铝箔芯材晶粒直径较小,皮材中的硅原子沿晶界向心材中心扩散所产生的溶蚀现象形成的。复合铝箔轧制时严格控制冷作压延率和退火工艺,有利于获得粗大晶粒的心材,使复合铝箔具有优良的抗弯曲性。 10. 炉内摆放方式

产品在炉内钎焊时的摆放方式不合理,集流管皮材熔化后受重力作用可能向下流动,容易造成钎料流失、钎缝不致密,如集管钎料流向翅片,会完全溶解翅片。

附录1:RJHQ材料的开发

材料开发是以获得更高的强度、更好的耐蚀性以及更优良的钎焊性能为目标。借助于材料的良好特性,RJHQ部件的厚度可以减薄,也没有必要在钎焊后进行表面处理。

Mg和Cu是能增加钎焊后强度的其中两种合金元素。对VB钎焊如以含0.4% Mg的AA3005合金取代不含Mg的AA3003,钎焊后强度可增加15%左右。

Cu和Zn作为合金元素对合金的腐蚀性能有影响。在管材中加入Cu是一种有效的方法,它可以使管子(较高的腐蚀电极电位)比翅片更稳定。相应的方法是在翅片材料中加入Zn(仅限CAB,在VB中Zn会蒸发),使其不稳定,容易腐蚀。Zn并不影响材料的机械性能。

合金成分对电极电位的影响是不一样的,取决于合金元素是否固溶或以沉淀物形式存在。在某些材料中,这一点也被用来获得最终产品的一些性能。 材料发展的驱动力是通过减薄材料厚度,延长使用寿命和简化操作(如不要进行表面处理)而形成效益产品。

(1)牺牲表面层(3005LL长寿管材合金,用于VB和CAB的类型)

在腐蚀性环境中,提高管材寿命的一种方法是使管材上形成一个牺牲性表面层。这可以在其表面使用另一种合金办到,但也有另外一种方法:3005LL牺牲表面层的原理是固溶的锰增加了腐蚀电极电位(使管材阳性较低,材料更加稳定)。沉淀中的锰对腐蚀电极电位没有影响,这种方法被应用于一种主体成分近似于AA3005的合金中。这种材料适应于水箱和冷凝器。

在轧制过程中,尽可能使锰保持在固溶状态。钎焊时,填料合金中的硅扩散到芯层合金。由于这种扩散,降低了锰的固溶,并形成沉淀物。因此,在接近表面有一延伸至芯层合金约30微米富含沉淀物的地带,相对于余下的芯层合金,这带状沉淀易于牺牲,故择先被腐蚀。

管材和翅片都用于标准AA3003材料时,装配的水箱必须铬化处理或涂漆,以便防腐。若没有表面处理,水箱使用几年后便要报废,用新型材料AA3005LL,在同等环境中,没有涂层的水箱寿命可超过10年。因此,这种材料的水箱没有必要进行表面处理,该材料还有高强度特性,有利于着手进行厚度减薄。 (2)含Ti抗腐蚀性合金(用于VB管材FA7825)

蒸发器的工作环境与水箱的环境很不一样。蒸发器中冷凝水的导电性能比较低,这就限制了利用阴极保护的可能性。认为对ZFQ有必要进行涂层的原因各不相同,如防腐保护、防细菌生长和防液滴形成。

ZFQ夹板在钎焊前都经过了很明显的冷加工成型。零态下的AA3003是一个标准选择。AA3003的腐蚀方式是点腐蚀。在FA7825合金中有Ti元素,在铝板中,Ti以层状腐蚀分布,这就使腐蚀成为层状腐蚀,与AA3003相比,加了Ti的FA7825之可成型性有所下降,但成型性也足够了。

(3)高强度翅片材料(用于CAB的FA6815、用于VB的FA7840)

FA6815是一种由芬斯蓬(Finspong)热传输公司开发的,钎焊后有高强度的新型翅片材料。与传统的AA3003(加Zn或不加Zn)相比,这种材料在钎焊温度时的强度也比较好。FA6815含Zn,故可以对AA3003和AA3005LL合金的水箱管和冷凝管进行阴极保护。

SX中FA6815翅片材料的腐蚀速率比AA3003+Zn的要低,用FA6815材料,有可能将翅片厚度减薄10–20%,或换一种方式,可减薄管壁的厚度。至于减薄多少则取决于SX的设计。

FA7840是与FA6815相对应的,用于真空钎焊的一种合金,由于在真空钎焊过程中Zn会蒸发,因此,用锡取代锌获得期望的腐蚀电极电位。FA7840合金中Mg含量较高,所以FA7840比FA6815具有更高的钎焊后强度。 (4)抗塌陷翅片

对许多种RJHQ,尤其是那些蛇形管RJHQ,在钎焊温度下翅片材料具有的高强度是很重要的,这称为好的抗塌陷性。

测量材料的抗塌陷性是将平整的薄板材水平的一端紧固在一个夹具上,凸出的长度为50mm,让这个装有试样的夹具经历一次模拟的钎焊周期。在这个钎焊周期中,试样的自由端会下陷,下陷幅度就是抗塌陷性能。

抗塌陷性能取决于热轧前材料预热时间和温度以及冷轧的最终变形程度,合金成份对坑塌陷性能也有一定的影响。

钎焊时,材料将再结晶,为保证有好的抗塌陷性能,在再结晶过程中,应形成大晶粒,但这对好的抗塌陷性并不是充分条件,钎焊金属渗透到芯层必须非常有限。

一般翅片是制成半硬状态,这种特征是通过在最终冷轧之前进行中间退火形成的。选取热轧前适当的热处理和中间退火后正确的最终冷轧变形量,就能获得好的抗塌陷性。

抗塌陷性与钎焊金属的渗透之间有一定的联系,有良好抗塌陷性的材料也会显示有限的钎焊金属渗透。这种材料具有较高的钎焊后强度,钎焊金属的斜角成型比较好。因此在应用上即使塌陷性不是很关键,还是有必要采用抗塌陷性材料。 加Zn或不加Zn之标准AA3003材料的通常生产方法使其抗塌陷性能不好。采用不同的生产途径,这些合金可以成为抗塌陷性(SR)材料。芬斯蓬热传输公司开发的FA6815翅片材料(前边已提及)均有良好的抗塌陷性,也可用于钎焊复合金属。

(5)高强度头板材料

AA3003是最通用的头板和侧板材料,它有较好的可成型性。头板最好采用单面复合,触水侧有钎料复合层将对密封区域造成问题。过多钎料聚集于此,将使组装整个RJHQ时对密封性的保证变得困难。

当VB钎焊的头板需要高强度时,可以用AA6063代替AA3003,AA6063的可成型性不如AA3003的好,但已经足够了。

FA5579是用于CAB钎焊的一种高强度材料,其焊后强度比AA3003约高15%。 在用于CAB合金中,加入少量的Mg可以提高强度,但加Mg后,钎焊将更复杂,需要更多的焊剂,焊剂的多少取决于Mg含量的多少以及钎焊过程中的加热速率,加热越快,需要的焊剂越少。

FA7827是一种含Mg量适中的时效强化合金,可用于CAB钎焊。该合金含Ti,具有较好的抗腐蚀性。由于它含Mg,与以AA3003为芯材的相比,钎焊时必须增加焊剂用量。与所有的时效强化合金一样,在装配塑料集管到水箱上时必须在限定的时间内完成,否则,很难获得正确的组装。

对所有开发的头板材料,其可成型性比AA3003稍差一点,但认为足够了。记住它们特殊应用。 (6)触水侧的复合层

有时水箱(管或头板)的触水侧也加上复合层,这样做的作用是:在触水侧形成一个牺牲层;使用与焊剂不兼容的高强度合金。

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