真空釬焊的特點及發展趨勢分析

洪奇樂

（浙江銀輪機械股份有限公司，浙江 天臺 317200）

真空釬焊技術在最初應用的時候，主要是應用在電子工業領域中，隨著真空釬焊技術的發展，目前該技術已經逐步應用在航空工業、汽車工業等多個不同的領域中。同時在石油化工領域、家電領域的冷卻器以及換熱器中，也具有真空釬焊技術應用的身影。真空釬焊技術近年來的發展速度很快，能夠保證焊接完成之后的零件具備較強的抗腐蝕性能，同時由于這種技術在焊接過程中不需要采用釬劑，故能夠節約一定的成本。

本文系統地對真空釬焊的特點及發展趨勢進行了分析，以下進行具體的介紹。

1 真空釬焊的概述

真空釬焊需要在高真空的環境下能應用，同時在焊接過程中不需要采用釬劑。真空釬焊技術在應用的過程中，首先要將待焊接零件清洗干凈，之后再在待焊接零件的表面涂上釬料金屬。當這些步驟都完成了之后，就可以將零件放入熔爐當中。等熔爐內的空氣都全部排出之后，還需要采取必要的措施防止零件出現氧化或者污染的情況。真空釬焊技術和其他的焊接技術相比，在焊接過程中的釬焊溫度較低，這樣就不會對母材產生較大的影響，受焊接熱影響的區域較小。[1]

2 真空釬焊的特點

2.1 真空釬焊技術的優勢

真空釬焊技術在應用過程中主要的優勢包括以下幾點：

一是該技術可以應用在大批量的生產場合中。

二是在焊接過程中，可以對公差實現更為準確地控制，并且接頭也可以做到很干凈，同時還不需要再對零件進行額外的精細加工。

三是利用該技術，能夠將金屬材料和非金屬材料加以焊接。如可以將不銹鋼、碳鋼和合金鋼加以焊接，同時還可以焊接鋁、鈦和銅等有色金屬。如果需要生產制造一些特種材料，則這種焊接技術就顯得十分關鍵。

四是如果需要焊接的零件其橫截面很薄或者很厚，這些特點都會增加在焊接過程中的難度，而采用真空釬焊技術，就能夠很好地駕馭這些焊接場景。

五是采用真空釬焊技術時，對加工的零件基材影響較小，并且可以使得零件在加工過程中受熱較為均勻，這樣所產生的應力也相對較小，零件的形變量也較小，故在對加工質量要求較高的場合中，這種焊接技術就較為合適。[2]

2.2 真空釬焊技術的范圍

真空釬焊技術在工業中應用領域很廣，如包括航空航天部件的生產制造、工業燃氣輪機部件的生產制造、醫療、科學和通用工程組件的生產制造、汽車零部件的生產制造、電子設備的生產制造、核組件的生產制造以及海上和石化組件的生產制造等。其中當將真空釬焊技術應用在汽車的生產制造領域中時需要采用到熱管理系統。在汽車生產熱管理系統分為釬焊車間與組裝車間，釬焊車間將原料加工成半成品，再由組裝車間進行成品組裝。同時真空釬焊技術在航空發動機的生產制造中也具有重要的應用，特別是在制造蜂窩結構、葉片、導向器中，圖1 為航空發動機中的主要零件。

此外，在陶瓷基板的生產制造中，由于陶瓷需要和金屬具有良好的結合，這樣就可以使得熱阻得到降低，并且可以使得陶瓷基板在后期的運行過程中更為穩定，熱導率也可以更高。而這些高性能的實現，都依賴于真空釬焊技術在陶瓷基板生產過程中的應用。

3 釬焊車間流程的現狀分析

3.1 釬焊車間的流程分析

在目前的釬焊車間流程程序當中，主要的流程包括以下幾步：（1）預清洗分揀；（2）運往下一步；（3）清洗機清洗；（4）運往預組裝區；（5）LCC 接頭與LCC 釬焊組件鉚壓；（6）運往下一步；（7）五通、歧管釬焊板與LCC 組件鉚接；（8）運往下一步；（9）歧管與歧管釬焊板組裝；（10）運往下一步；（11）ACC罐組裝；（12）運往下一步；（13）總成間隙檢測；（14）運往下一步；（15）釬焊爐上料；（16）等待進行熱處理；（17）熱處理；（18）熱處理下料；（19）焊模拆解；（20）運往下一步；（21）檢驗；（22）運送至T6 處理區儲存；（23）運送至T6 爐；（24）T6 處理；（25）運往下一步；（26）硬度及平面度檢測；（27）運往下一步；（28）視覺檢測；（29）運往下一步；（30）X 光檢測；（31）運往下一步；（32）氦檢；（33）運往下一步；（34）高壓吹氣1；（35）半成品儲存；（36）運送至二樓；（37）高壓吹氣2；（38）運往下一步。

3.2 釬焊車間流程程序改進

在釬焊車間流程當中，對其程序進行改進，按照下述程序進行：預裝-焊模人工上線；預裝-LCC 接頭與LCC 釬焊組件鉚壓；預裝-五通、歧管釬焊板與LCC 組件鉚接；預裝-歧管與歧管釬焊板組轉；預裝-ACC 罐組裝；預裝-總成間隙檢測，可以取得較好的效果。同時鉚接一次性放置不到位（是否可以防錯，一次性放好），工具無定位（工具定置定位，便于拿取），焊模工裝位置靠前不便于放置。

4 真空釬焊的應用及發展趨勢分析

4.1 不銹鋼真空釬焊技術的應用

隨著真空釬焊技術的發展，不銹鋼真空釬焊技術今后在實際焊接領域中將會得到更為重要的應用。在采用該技術時，需要將母材表面的氧化膜加以去除，這一點對于后期的焊接質量具有明顯的影響。當在真空加熱的環境下，不銹鋼氧化膜可以得到很好的去除。其基本的去除原理主要包括以下幾種：

一是氧化膜的分解作用，氧化膜在真空的環境下會產生相應的分解反應。

二是氧化物的揮發。

三是碳的還原作用。碳這種元素在高溫的條件下，其具備較強的還原能力，如果是在真空的環境下，則其還原能力還能夠有所提高，此時就會發生相應的還原反應。[3]

當采用不銹鋼真空釬焊技術時，需要使用到相應的真空釬焊設備，這類設備在結構組成上主要包括真空系統以及真空爐等兩個部分。其中對于真空爐，在結構組成上包括控制系統、真空室和加熱器等幾個主要組成部分，其中控制系統發揮著關鍵作用，能夠對整個真空爐系統進行合理的控制。對于控制系統，需要采取合適的控制算法，這樣才能夠保證真空爐在運行過程中得到穩定的控制。真空爐在實際應用中，可以分為熱壁和冷壁等兩種類型的真空爐，這兩種不同類型的真空爐需要根據實際的應用場合來加以選擇，保證真空爐能夠正常發揮出相應的作用。其中對于熱壁真空爐，主要是在真空釬焊技術的早期應用相對較多，對于其加熱部分，包括真空室和箱式爐等兩個部分。當采用該技術進行焊接操作時，需要將待焊接的機械零部件放置到真空室當中，當達到了真空的條件之后再將待焊接的機械零部件放置到箱式爐當中。當完成了焊接操作之后，再將焊接完成之后的零部件加以冷卻。這種類型的真空爐適合生產一些小型零部件，并且也不能進行大批量的生產。

由于熱壁真空爐的這種缺點，故在實際中還可以采用冷壁真空爐，在這種真空爐當中，包括加熱器、爐壁，并且采用雙層循環的冷卻系統結構。采用這種類型的真空爐，可以顯著提高零部件的加工效率，同時還能夠有效降低零部件在加工過程中產生的形變量。

4.2 真空釬焊技術中先進控制技術的應用

真空釬焊技術在應用過程中，釬焊的溫度控制較為關鍵，也是影響焊接產品質量的關鍵。如果釬焊的溫度得到了很穩定的控制，則可以在最大程度上降低待加工零部件產生的形變量，并且使得焊接的質量得到明顯的提高。由于釬料內部的化學組成存在著較大差異，每一種化學材料的熔化溫度也有所不同，故控制好溫度十分關鍵。同時控制好釬焊的間隙也較為關鍵，如果釬焊的間隙相對比較大，則容易使得擴散距離增大，此時擴散這個過程就不能很好地完成。故該技術在應用過程中，也需要很好地控制釬焊的間隙。[4]

在控制系統的設計中，可以引入更為先進的控制技術，如模糊控制技術、卷積神經網絡控制技術等，圖2 為電子自動化控制系統原理圖。

通過采取這些控制技術，能夠有效提高控制系統的控制性能。在對控制系統進行設計的過程中，可以借助MATLAB 軟件進行輔助設計，這樣先進的控制技術才能夠應用起來。該軟件具備以下特點：

一是這種類型的軟件可以高效地對矩陣數據進行處理，并且在MATLAB 軟件當中，也嵌入了很多功能強大的函數。在函數的調用方面也較為方便，可以有效地實現各類分析和計算。

二是在MATLAB 軟件當中，可以和很多種不同類型的程序設計語言相互配合。

三是在MATLAB 當中的應用界面較為良好，能夠方便地進行設計和開發，在模型的建立上也較為直觀。

4.3 新型釬料在真空釬焊技術中的應用

真空釬焊技術目前在很多領域中都得到了應用，包括家電領域、汽車工業以及機械電子工業領域。對于家電領域，空調、冰箱等家電的生產制造都需要采用真空釬焊技術。隨著真空釬焊技術的發展，可以開發出新型的釬料，以便更好地提高真空釬焊技術的焊接質量。對于新型的釬料的開發，則需要合理控制好各個材料的組成配方和新型的釬料加工工藝。目前無銀、低銀釬料技術的研究已經取得了較大的進展，并且在實際中得到了應用。同時低錫和無鉛等類型的釬料，也在真空釬焊技術中得到重要的應用。這些新型材料的應用，對于推動真空釬焊技術的發展發揮了重要的作用，同時還能夠很好地改善材料的力學性能，防止焊接頭出現斷裂的情況。同時非晶態的材料技術也具有較大的提升，可以保證材料在組織結構上較為均勻，解決傳統材料各個材料熔點不一致的問題。

5 結論

真空釬焊技術是焊接技術領域中的關鍵技術之一，本文系統地分析了真空釬焊技術的特點以及其今后主要的發展趨勢，包括釬料在真空釬焊技術中的應用、真空釬焊技術中先進控制技術的應用以及不銹鋼真空釬焊技術的應用，對于推動真空釬焊技術水平的提高具有一定的意義。