液冷盒體真空釬焊工藝技術研究

安徽博微長安電子有限公司 安徽六安 237010

1 序言

隨著電子技術向高頻化、集成化、高功率的方向發展，電子設備也呈現出高性能、小型化、集成化的發展趨勢。某雷達天線陣面尺寸達10m×10m，上面安裝了大量的電子設備，功率非常大。電子設備的大功率導致發熱量大，資料顯示，器件的可靠性對溫度十分敏感，隨著溫度的升高，器件可靠性下降明顯[1]。該雷達有數百個DAM（數字陣列模塊）盒體，單個DAM盒體采取液冷形式，通過冷卻液降溫。該DAM盒體材料為3A21鋁合金，內部水道為不規則的微通道，通過真空釬焊方式將包括定位銷在內的7種零件焊接為一體。由于盒體蓋板較薄，加工變形會對焊接質量產生影響，所以處理不好會影響最終產品的焊接質量。

2 試驗過程

（1）焊接材料選擇 焊接材料使用4004-O鉑狀焊片，根據產品結構形式，焊片厚度選擇0.15mm。

（2）結構形式 盒體結構形式如圖1所示，底座1厚度35.5mm，蓋板2厚度3mm。所有零件材料均為3A21鋁合金，通過真空釬焊一次裝壓焊接成形。

圖1 DAM盒體結構形式

（3）零件加工 蓋板較薄，外形不規則，易變形，直接采用3mm鋁合金板使用剪板機下料，然后用砂紙磨光兩面，接著加工中心加工外形，外形加工完成后進行低溫退火去應力處理，最后與其他零件組裝焊接。定位銷采用鋁合金圓棒車成，其余零件均采用高速銑加工，其中，底座上存在大面積焊接面，其平面度對焊接面的釬透率有很大影響，根據選擇焊片的厚度，平面度加工時要求在0.06mm以內。

（4）真空釬焊 焊前對零件進行清洗，定位銷裝配前使用丙酮浸泡，其他零件裝配前須經堿洗、冷水洗、酸洗、冷水洗、熱水超聲波清洗。裝配好后，使用一定重量的壓塊沿焊縫部位壓實（見圖2），再進爐焊接。

圖2 壓塊沿焊縫部位壓實

3 試驗結果及分析

（1）試驗結果 對釬焊完的工件進行充氣檢漏，未發現漏氣現象，但焊縫部位出現微小的縫隙，經后期加工后縫隙明顯（見圖3橢圓內）。該處的縫隙短期內對盒體的密封性不會產生影響，但是氧化時的酸液會殘留在縫隙中，很難清洗干凈，隨著時間的推延，會造成縫隙處腐蝕并延伸到內部，導致盒體漏液，輕則導致單個盒體報廢，重則可能導致整個雷達陣面的大面積損壞，造成重大損失。

圖3 焊縫缺陷

（2）原因分析 通過查閱資料[2，3]，釬焊接頭間隙未填滿原因有以下幾點。

1）裝配間隙過大或過小。裝配前，所有零件均使用三坐標測量，除蓋板以外，零件面精度都在0.06mm以內，蓋板為薄板，韌塑性很好，使用重物可以壓實。

2）裝配時零件歪斜。經檢查，裝配時所有零件均使用定位銷或臺階定位，保證裝配垂直、水平。

3）零件表面局部不潔凈。焊前對各零件經過嚴格的清洗程序，保證零件表面潔凈。

4）釬劑不合適（活性差、過早失效等）。真空釬焊不使用釬劑。

5）釬料不合適（潤濕性差）。母材與釬料經評定試驗，不存在潤濕性差的問題。

6）釬料不足或流失、安置不當。釬料厚度0.15mm，相對來說較厚，不會不足；另外釬料是按照焊接面形狀切割而成，與焊接面配合緊密。

7）釬焊溫度過低或溫度分布不均勻。所用釬料熔點559～591℃，焊接溫度設定為最低一根熱電偶溫度598℃。熱電偶經校準，誤差在±3℃以內，達到焊接溫度后整個爐內溫差≤10℃。

經上述分析，認為裝配間隙是唯一有可能導致釬焊接頭縫隙的因素。相關資料[2]表明，母材間隙是直接影響釬焊毛細填縫的重要因素，平行板間隙釬焊時，液態釬料填縫速度是不均勻的，釬料填縫前沿不整齊，流動路線紊亂。這種毛細填縫特點直接影響釬焊接頭質量，形成釬縫不致密，產生夾氣、夾渣等缺陷。經測量，底座平面度為0.03～0.04mm，蓋板退火去應力后的平面度在0.34～0.57mm之間，平面度較差。

一般對于真空釬焊的薄蓋板不做平面度要求，復查蓋板工藝，蓋板采取剪切下料，外形留5mm加工余量。因此，考慮蓋板剪切應力在外形加工時釋放造成蓋板變形，在低溫退火下未去除干凈，在真空釬焊的高溫下繼續釋放引起蓋板變形，從而導致母材間隙過大，影響釬料的毛細填縫。

（3）改進方案 根據前面的原因分析，制定了改進方案：剪板下料時，加工余量放大至20mm，機械加工后采取高溫退火，退火溫度350℃，保溫40min。

（4）改進結果 高溫退火后的蓋板平面度經測量為0.18mm、0.24mm、0.27mm，將改進后的蓋板與其他零件裝配焊接。焊接后的試件經加工后均未出現明顯的縫隙（見圖4），使患釬焊接頭縫隙問題得到解決。

圖4 焊縫無缺陷

4 結束語

對于蓋板+底座形式的真空釬焊，在保證底座平面度（一般0.06mm）的前提下，蓋板的殘余加工應力一定要在焊前釋放干凈，可采取鋁合金高溫去應力退火處理。本產品經過多次驗證，蓋板的平面度達到0.25mm以內，能保證焊接后釬焊接頭不出現縫隙，清除了產品使用過程的隱患。