淺談真空鋁釬焊在某通信電子設備上的應用

葉莉靜　工程師

摘要：釬焊技術作為一種具有極高生產效率及較高精度的焊接手段，特別適用于結構復雜、不易機械加工的零部件生產上。面對目前通信設備外形日趨小型化、復雜化的大背景，研究適用于批量生產的釬焊技術尤為

關鍵詞：真空鋁釬焊；密封性；抗振動；抗沖擊；抗變形

引言

隨著科學技術的日新月異，各種形式復雜化、精細化和小型化的設計思路逐步被應用于各類新型通信設備上。面對日趨復雜的設備外形結構，尤其是無法用機械切削方式直接加工而得的產品時，將產品整體分解為各零部件，分別生產加工后再用釬焊方法進行整體組合，不失為一種優秀的產品加工工藝。

1.概述釬焊技術

釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的加工方法。

將釬焊應用于不同的金屬材質時，就被冠以該種材料的釬焊，如鋁釬焊、銅釬焊等。由于我所通信設備多為鋁材，因此本文著重對鋁釬焊進行研究探討。

鋁釬焊按使用設備的不同，分為真空爐焊、鹽浴焊和手工火焰焊，其優缺點分別為：

A）、真空爐焊的焊接質量穩定，焊后焊縫美觀，但焊接成本較高且只能用于平焊縫的焊接；

B）、鹽浴焊的成本較低，焊接質量相對穩定，但只能對存在同類焊縫的工件進行焊接，而且對工件表面易產生表面腐蝕；

C）、手工火焰焊的操作較為靈活，適用于任何種類的焊縫焊件，成本最低，但焊接質量是三種鋁釬焊中最不穩定的。

2.我所產品對鋁釬焊的選擇應用

某型通信設備的主機殼體（以下簡稱殼體）是該項目的一個重要結構件，見圖1。該殼體內集中了13塊單元電路印制板，這13塊單元電路板是實現該型設備系統功能的核心所在。因此，確保每塊電路板裝配精確且具有良好的接地性能是非常必要的。由圖示及相關技術要求可知，殼體機械加工的主要難點在于：殼體內存在的燕尾槽（長度約80mm）與每塊隔板之間的接觸距離過長，并且燕尾槽自身的彈簧固定片相對于殼體過薄，如果采用傳統的機械加工方法，則無法完成殼體加工。出于對殼體的機械性能和加工精度的考量，在排除了傳統切削減量法、整件壓鑄法后，采用了既能符合殼體結構特性、又可以滿足批量生產的真空鋁釬焊方案。

3.真空鋁釬焊的方案確定及過程分析

3.1真空鋁釬焊的方案確定

鋁釬焊加工件質量取決于焊接前各零部件的加工精度、完整有效的定位安裝方案和對整個焊接過程的質量控制。在這三者中，筆者認為最重要的在于如何去設計完善一套成熟、穩定的產品加工工藝方案，若方案正確，后續的所有過程控制工作才不會做無用功。

針對殼體的結構形式，研究人員在最初設計鋁釬焊加工方案時，采用了常規的裝配思路，即先將待焊件放入焊接位置處，然后將殼體中的側板及隔板放置到位。然而通過實際加工發現，采用該方案根本無法達到預期的裝配目的。不是裝配后殼體無法合攏，就是側板或隔板倒偏，甚至出現焊片被彈出等現象。為了驗證該現象不是偶發現象，研究人員又進行了三次試裝配，結果均相同，證明了該方案存在嚴重缺陷。

通過對實驗零件的仔細測算、縝密分析后，研究人員發現由于加工誤差、不同厚度的金屬件的應力差異，導致了上述問題的發生。考慮到批量生產的效率問題、生產過程的成本控制問題，沒有刻意去強調機械加工的高精度，而是想方設法地改進加工順序及裝配過程控制，重新確定了一種加工方案。首先將兩塊導軌板平置于桌面，將待焊件放入對應位置，然后在其中一塊導軌板兩側嵌入側板后，將另一塊導軌板與其拼接，輕敲裝配到位后，將殼體垂直放置，并用事先加工完成的定位工裝板將外殼體連接，然后按導軌板間的間距對隔板整形，將所有隔板緩慢插入殼體，全部裝配到位后，拆掉工裝板，并立刻進行鋁釬焊接。通過這一改進后的工藝方案，順利地解決了殼體裝配不牢固的現象。

3.2真空鋁釬焊的過程分析

“工欲善其事，必先利其器”，要想詳細、有效地對真空鋁釬焊的生產過程進行過程控制，一套行之有效的釬焊工藝規范就必不可少。工藝人員針對這一需求，編制了“某通信設備殼體真空鋁釬焊技術工藝規范”。該規范明確了釬焊的設備（見圖2）、溫度控制過程、環境要求以及焊接完成后的清洗要求。工藝人員根據該規范的相關要求，編制了鋁釬焊生產過程記錄表，跟蹤記錄生產過程的每一個步驟，確保了產品質量的可靠性，令產品具有可追溯性。

3.3真空鋁釬焊生產過程的難點及解決方案

3.3.1結構件焊縫間隙的控制問題

鋁釬焊最重要的尺寸就是被焊件的裝配間隙，這一指標直接影響著整件的焊接質量。若焊接槽的間隙過大，則焊接質量不易控制，有可能產生脫焊等現象；如果加工間隙過小，則將會影響各插裝隔板的裝配過程。

針對這一問題，研究人員仔細分析了相關圖紙及裝配過程。根據圖紙上要求的導軌板寬度 ，對生產過程進行了加工改進。直接選用厚度為4mm的鋁板進行批次加工，鋁板實測尺寸一般在3.85～3.88mm之間，因此，按其裝配要求將尺寸加工至3.86mm，并開槽加工即可。通過該改進方案并進行了實際裝配，殼體裝配良好。

3.3.2爐內盒體的外形定位問題

在裝配過程中，研究人員采用了工裝夾緊以保證裝配尺寸的方案，但裝配工裝由于材料問題無法隨爐進行釬焊操作。為了保證爐內盒體的外形尺寸不變形，根據真空鋁釬焊的工藝參數及外形加工尺寸，研究人員設計了不銹鋼夾壓模板保證焊接面的緊貼。在爐內溫度達到605±2℃、真空度在10-4的狀態下，由加壓模板來保證焊接面的貼合，無盒體形變，并提高了釬焊焊接質量。該夾壓模板經過實際生產驗證，完全可以保障產品質量。

3.3.3防止隔板的滑移現象

在進行首件加工時，原本裝配到位的工件由于忽略了定位問題，在焊接完成后，雖然各焊縫均焊接完成無缺陷，卻發現原本按一定間隔焊接的隔板有部分出現偏移，未焊接在規定的尺寸上，從而導致首件加工的失敗。

經過仔細分析比對后，研究人員確定了沖鉚定位這一簡易可行的方案，即在工裝的配合下，將盒體各零件按尺寸裝配到位，然后用沖鉚頭在隔板兩端的盒體上漲鉚一點，令其無法在盒體內自由滑動。按上述方案加工了5件試樣，其中4件完全合格，有1件由于漲鉚力量控制不佳，導致焊縫不良；在總結了試樣經驗后，研究人員確定了這一裝配方案，并明確裝配時沖鉚力不可過大，不能使各隔板的焊縫間隙變大，在后續裝配中均得以合格，從而解決了進爐后隔板自身的滑移問題。

4. 結束語

在機械加工技術不斷飛速發展的今天，真空鋁釬焊并非是該產品的唯一可行方案，例如3D打印等新型加工技術也可以較完美地解決這一問題。但面對大批量生產時，采取機械分塊加工后再用真空鋁釬焊成型的方法，則是當下的最佳解決辦法。當然，我們不能滿足于現狀，在現有基礎之上，追趕最新的生產技術，順應我國生產制造的需求，為我國先進生產添磚加瓦。

參考文獻：

[1] 錢乙余，《國內外釬焊技術發展動態》，機械工人（熱加工），1999年第10期

[2] 王炎金，李莉，李孟鋼，《鋁釬焊工藝研究》，機車車輛工藝，1995年第3期