某型艦載機箱釬焊工藝設計

龔雅娟胡遠

（中船重工集團第七二二研究所武漢430079）

某型艦載機箱釬焊工藝設計

龔雅娟胡遠

（中船重工集團第七二二研究所武漢430079）

論文以某型電子設備為例，通過對真空釬焊原理進行分析，并結合實際生產中所積累的經驗，確定了鋁合金加固機箱的釬焊工藝。

機箱；真空釬焊；工藝規范；工裝夾具設計

Class NumberU674

1 引言

隨著海軍信息化建設的發展，鋁合金加固機箱作為機載電子設備的關鍵部件之一，裝備數量不斷增加、應用范圍不斷擴大，逐步從裝備水面艦艇拓展到裝備水下潛艇、空中飛機、岸基通信臺站等不同類型作戰平臺，需要滿足不同應用環境的使用要求。機箱由3A21防銹鋁板、散熱翅片等零件組成，釬縫多，箱體平行度及垂直度要求高，技術要求嚴格，因此機箱釬焊的優劣直接關系到電子設備的使用性能。本文以某型電子設備為例，通過對真空釬焊原理進行分析，并結合實際生產中所積累的經驗，較為詳細地介紹了加固機箱真空釬焊工藝方法，釬焊工裝夾具設計，釬焊工藝參數的選定。

2 鋁真空釬焊的原理

釬焊時釬料熔化為液態而母材保持為固態，液態釬料在母材的間隙中或表面上潤濕、毛細流動、填充、鋪展、與母材相互作用（溶解、擴散或產生金屬間化合物）、冷卻凝固形成牢固的接頭，從而將母材聯結在一起。它不同于熔化焊接，釬焊僅是釬料熔化，母材不熔化；在熔化焊接中焊材和母材都熔化［1］。

圖1 （a）在接頭處安置釬料，并對焊件和釬料進行加熱；圖1（b）釬料熔化并開始流入釬縫間隙；圖1（c）釬縫填滿整個釬縫間隙，凝固后形成釬焊接頭。

鋁及其合金的釬焊性與其他金屬相比較差，因為其對氧的親和力很大，表面很容易形成一層致密而穩定、且熔點很高（2050℃）的氧化膜，很難去除。室溫時的氧化膜厚度為5nm左右；在500℃～600℃的釬焊溫度下，膜厚劇增至100nm～200nm，這層氧化膜的性質則非常穩定，能夠充分抵抗大氣的侵蝕，它又能在舊膜被破壞時隨時生成新膜，阻礙釬料和母材的潤濕和結合，成為釬焊時的主要障礙之一。由于釬料的熔點同鋁及鋁合金的熔點相差不大，如釬焊溫度控制不當，會造成過度溶蝕，甚至引起母材熔化；還可能因釬焊加熱引起過時效或退火等軟化現象，導致釬焊接頭性能降低。在鋁及其合金釬焊時需要破壞氧化膜，不然熔化的釬料不能與母材潤濕；焊后又需要維持保護膜的完整，否則接頭將會產生嚴重的腐蝕，這就是其釬焊工藝實施的難點所在，因此真空釬焊的方法應運而生［2］。

真空釬焊的工作原理是通過機械泵-擴散泵機組將真空室內空間抽到一定的真空度，此時絕大部分氣體，包括氧氣及潮氣可被清除，使得釬焊件處在真空環境下，有效地排除空氣對工件的有害影響，焊接時不需施加釬劑，所釬焊的接頭光亮致密，具有良好的力學性能和抗腐蝕性能［3］。

3 機箱釬焊工藝規范

3.1 產品介紹

本文研究的加固機箱箱體由左右側板、中隔板和前后框五個部件焊接而成，左右側板和中隔板內部設計成耐熱通風結構，通風結構部分中間為翅片板兩側由封板和印制板插槽構成夾層。如何控制機箱焊接變形并保證焊后各配合尺寸為工藝難點和重點。

3.2 焊前清洗

真空釬焊前對工件的清理是十分必要的，通常包含除氧化膜和除油兩道工序。由于鋁合金極易氧化，表面生成一層致密而堅硬的氧化物薄膜，該薄膜很容易吸收水分，它不僅妨礙焊縫的良好熔合，而且是生成氣孔和夾渣的根源之一。焊接前應采用化學或機械方法進行嚴格表面清理，清除其表面氧化膜［4］。我們一般采用去油、去氧化皮、光澤中和及烘干等四道工序，在“去油”和“去氧化皮”工序中需要采用堿洗且每道工序完成后都要求用流動的清水進行清洗，保證去除掉工件上殘留的化學物質。堿洗的時間最好控制在10s～15s以內，因為堿液在去除氧化膜時不是均勻地蝕去一層，而經常將母材蝕出高低不平的凹坑和留下一些碎屑，而且在堿液中每分鐘大致使鋁母材減薄約25μm。每次清水清洗后，若金屬表面不能全部被水浸潤（表面有水滴、流痕）則表示尚未清洗干凈，應重新進行該次操作。對工件上各孔特別是盲孔，去油后用壓縮空氣槍吹去孔內水漬、油污和殘屑［5］。

3.3 零件的裝配和定位

3.3.1 箱體的裝配

將各零件、部件按圖紙要求精確組裝成形并在各件連接面放置、固定妥釬料，組成箱體。釬料以釬縫相同的形狀，直接放置在兩被釬焊的零件之間，通過螺釘緊固使其對零件施加一定的壓力，以保證填滿間隙，同時根據兩待焊零件接觸表面尺寸修剪釬料。

在裝配之前用酒精對螺釘進行浸泡，以便清潔螺釘；裝配過程中，操作者要戴清潔的白細紗手套，以防止零件因手的接觸被二次污染。裝配時注意安裝波紋板要避開封板上的風道口；中隔板與前框焊縫處是焊接強度薄弱部位，零件的加工誤差累計到該處間隙較大，為彌補間隙，此處一般夾持兩層釬料（即δ0.2mm）。箱體組裝完畢后，對箱體進行校正，按設計和工藝文件要求檢查裝配后的加固機箱的各尺寸公差、形位公差。

3.3.2 箱體的夾具設計及安裝定位

為了能保證釬焊箱體的內部翅片板焊接質量牢固、可靠和防止箱體焊接變形及焊接尺寸的準確性，針對本試驗設計了三種1Cr18Ni9Ti夾具來保證接頭的裝配間隙，其結構型式見圖2～圖5。

1）封板和壓條

封板夾具尺寸與左右封板、后框的外形尺寸一致，注意避開電源條和印制板插槽等部位，同時夾具上也要開通風工藝孔（一般與封板上通風口一致），如圖2所示。

箱體內腔可供夾持的地方狹窄，一般用寬度不等的窄壓條做墊板。

2）內螺桿

為了避免機箱受熱變形影響內腔尺寸，用如圖3所示的內螺桿支撐在腔體內。螺桿兩頭安裝六角頭螺栓使得支撐長度變的可調，還可供其它尺寸的機箱使用。

3）U形夾

U形夾是用來將封板、壓條和機箱連接固定的夾具，它通過螺釘調整夾持固定尺寸，見圖4所示。

符合要求后，按圖5所示安裝定位夾具，其中內螺桿對角支撐內腔。

3.4 釬焊過程

在真空釬焊爐中，工件主要靠熱輻射進行加熱。而輻射傳熱有其特有的規律，即斯蒂芬玻爾茲曼定律，說明在相同情況下真空爐內升溫速度要較其他加熱方式慢很多。真空釬焊時，應盡可能緩慢加熱，以使換熱器內外溫度保持一致，否則直接影響釬焊質量。對工業化生產中的預熱定溫、保溫，蓄能定溫、保溫，釬焊定溫、保溫以及停電降溫，是既能實現上述目的又能提高生產效率的行之有效的工藝流程，其中釬焊溫度即保溫時間是影響釬焊質量的關鍵［6］。

真空釬焊的工藝參數主要有：真空度、加熱速率、穩定溫度及時間、釬焊溫度、釬焊保溫時間、冷卻速率、出爐溫度等。它們都直接影響釬料填縫和釬料與基材金屬的相互作用過程，對釬焊接頭的質量具有決定性作用。因此，必須認真選定。一般要求鋁基釬料釬焊時熱態工作真空度不大于3× 10-3Pa；推薦鋁及鋁合金，小、薄組件，低應力裝配時加熱速率6℃/min～8℃/min，大、厚組件，高應力裝配組件加熱速率4℃/min～5℃/min；穩定溫度和保持時間與組件結構、壁厚、材料傳熱性質有關。釬焊溫度選為高于鋁基釬料液相線溫度30℃～100℃之間效果較好；保溫時間的長短受零件和工裝的熱容量的影響，熱容量大保溫時間長些，不同的零件和裝爐量的真空釬焊需要實驗篩選出釬焊保溫時間。鋁及鋁合金可選擇自然隨爐冷卻或強制充氣冷卻，當采用向爐內充入氣體冷卻工件時，必須先將工件自然冷卻至400℃以下，充氣壓力可稍高于釬焊材料的揮發平衡壓力，如鋁及鋁合金充入氮氣的壓力為1.2Pa～1.3Pa［7］。

4 質量控制

釬焊組件的質量檢驗主要包括：尺寸檢驗、接頭外部質量檢驗、接頭內部質量檢驗、接頭強度和氣密性檢驗幾個部分。釬焊后，組件應100%進行尺寸公差、形位公差、過燒的宏觀檢驗和外部質量檢驗；組件內部質量、強度、氣密性和其它檢驗及檢驗要求則按設計文件進行，若設計和工藝文件中均沒有注明接頭內部質量、強度、氣密性等檢驗標準，則默認為無此類檢驗要求，可以不進行此類檢驗［8］。

1）釬縫接頭不允許有裂紋現象；

2）釬焊組件表面不允許有起皮、起泡現象；

3）釬焊組件不允許有過燒，如允許輕微過燒應在設計文件中規定。

5 結語

本文以某型電子設備為例，通過對真空釬焊原理進行分析，并結合實際生產中所積累的經驗，確定了鋁合金加固機箱的釬焊工藝。通過研究鋁合金氧化膜的去除機理確定焊前工件的清洗規范；同時針對加固機箱的結構特點，設計了專用的釬焊工裝夾具；通過對釬焊工藝參數分析和試驗篩選，確定了合理的工藝方案，使加固機箱釬焊生產一致性和質量穩定性得到了較大的提高，同時其釬焊工藝也可廣泛推廣于其他鋁合金焊接機箱，具有一定的通用性和針對性。

［1］鄒僖，釬焊［M］.北京：機械工業出版社，1989.

［2］周萬盛姚君山.鋁及鋁合金的焊接［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［3］趙越.釬焊技術及應用［M］.北京：化學工業出版社，2004.

［4］張啟運，莊鴻壽.釬焊手冊［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［5］任耀文.真空釬焊工藝［M］.北京：機械工業出版社，1993.

［6］閻承沛.真空熱處理工藝與設備設計［M］.北京：機械工業出版社，1988.

［7］閻承沛.真空與可控氣氛熱處理［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［8］邱言龍，雷振國，聶正斌.釬焊技術快速入門［M］.上海：上海科學技術出版社，2011.

［9］余紅華.鋁釬焊技術在電子產品中的應用［J］.電子機械工程，2003，19（3）：55-59.

［10］方洪淵.簡明釬焊工手冊［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［11］何文林等.鋁合金翅片式散熱機箱氣體保護釬焊［C］//第九屆全國釬焊與擴散焊技術交流會論文集，1996.

［12］薛松柏，顧文華.釬焊技術問答［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［13］杜國華.新編焊接技術問答［M］.北京：機械工業出版社，2008.

Brazing Technology Design of A Certain Type of Carrier Chassis

GONG Yajuan
（No.722 Research Institute，China Shipbuilding Industry Corporation，Wuhan 430079）

Taking a certain type of electronic devices for example，through analyzing the principle of vacuum brazing，and combined with the actual production experience accumulated in the soldering process of aluminium alloy strengthening case is deter?mined.

case，vacuum brazing，process specification，tooling fixture design

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.040

2017年2月7日，

2017年3月29日

龔雅娟，女，碩士，工程師，研究方向：機械工藝。