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无需助焊剂的钎焊方法-真空钎焊

发布人:管理员 发布时间:2022-12-21

有各种钎焊工艺用于热交换器的工业规模制造。

真空钎焊是在相对较低的大气压下进行的,大约 1 x10 “4 mbar 或更低,是一种不连续的过程,对材料清洁度提出了很高的要求。为了获得最佳的连接条件,通常用于真空钎焊的铝合金含有1%Mg或更多的目的性添加物。Mg在钎焊过程中从钎焊片中蒸发时会破坏填充合金的硬氧化膜,此外,蒸发的Mg还充当吸气剂,去除真空钎焊炉中残留的氧气和水分。炉子里总是有更多的镁,然后是必要的。多余的镁在真空钎焊炉的冷运动中凝结,必须经常去除。合适设备的资本投资相对较高。

助焊剂钎焊已被许多换热器制造商用作钎焊汽车换热器的主要钎焊工艺;然而,其他非腐蚀性钎焊剂也是市售的。主要问题是钎焊剂成本,助焊剂处理和助焊剂对熔炉造成的损坏。此外,在复杂形状的组件中,在组件内部钎焊之前应用钎焊助焊剂通常被认为是非常困难和有问题的。因此,大多数换热器制造商一直在努力减少钎焊剂的消耗。

另一种钎焊工艺是在不使用钎焊剂的情况下进行气调钎焊

这种不使用助焊剂的CAB工艺,所使用的钎焊片产品至少在构成钎焊片的层中含有Mg,而不是填充合金层,通常核心合金含有0.05%至1.0重量范围内的Mg。在芯合金和填充合金之间存在着防扩散层,如无镁AA3003系列铝合金。另一种在惰性气体气氛下进行的无焊剂钎焊工艺。它还公开了一种钎焊板产品,其单面或双面包覆以0.1 -5%的Mg和0.01 -0.5%的Bi为中间层的Al-Si合金填充合金,以及覆盖在Al-Si合金钎焊合金外表面的薄覆盖材料。建议在钎焊操作期间,随着钎焊过程中温度的升高,中间层中的填充材料会熔化,但是由于表面覆盖着保持固体的薄覆盖材料,因此不会发生填充材料表面的氧化。当温度进一步升高时,熔点较低的部分,例如靠近熔融填充材料的薄覆盖材料的偏析部分,被局部熔化,然后填充材料由于体积膨胀而渗出并扩散到薄覆盖材料的表面上。然后,填充材料的表面变成没有氧化膜的新兴表面,并且由于惰性气体气氛,新的强烈氧化不会进行。

铝钎焊板产品,其中Al-Si填料层已被蚀刻以促进无助焊剂钎焊。Al-Si填料层的蚀刻包括碱性或酸性蚀刻剂。一种在至少一侧包覆有Al-Si填充层的铝芯合金,其中该铝芯包含0.01-0.5%的Bi和/或0.05-0.5%的Bi,以促进在受控气氛下的无助焊剂钎焊。

一种无助焊剂钎焊方法,该方法在钎焊之前将片材蚀刻在酸溶液中,并且可以在之前进行碱性蚀刻。例如,钣金材料包括由两侧包覆的AA3916芯合金制成的钎焊板产品,填充材料层为AA4045合金。

一种用于无助焊剂钎焊的铝板预处理,其中铝填料层的酸洗表面已用包含至少一种无机酸和至少一种络合剂或络合无机酸的酸性水性酸洗溶液进行酸洗,并且其中酸洗过程中的材料去除量在0.05-6g/m 2之间, 并且最优选在0.2-0.4克/米 2之间。优选的Al-Si填充材料选自AA4343、AA4045和AA4047组。需要一种改进的在受控气氛中进行无通量钎焊的方法。

对于合金成分或优选合金成分的任何描述,除非另有说明,否则所有对百分比的引用均按重量百分比。本文所用的术语“最多”和“最多大约”明确地包括,但不限于,它所指的特定合金组分的零重量百分比的可能性。例如,高达0.3%的Ti可以包括没有Ti的合金。

并且为了本文的目的,如下文所用,术语“可控气氛钎焊”或“CAB”是指在各种合金制品的钎焊中使用惰性气氛(例如氮气、氩气或氦气)的钎焊工艺,并且与真空钎焊不同,特别是因为使用CAB时,钎焊操作期间炉中的钎焊气氛大约处于规则的大气压, 尽管可以使用轻微的欠压(例如在0.1巴或更高的压力下工作)或轻微的过压来促进惰性气氛的控制并防止含氧气体流入钎焊炉。“芯”是指铝合金,它是用作填料的铝合金的结构支撑。“填料”是指用于钎焊芯材或其他铝制品的铝硅合金。“圆角”是指两个表面之间的凹形连接。本发明的一个目的是提供一种使用预处理的铝板在受控气氛中进行无助焊剂钎焊的方法。

本文提供一种制造连接部件的组件的方法,特别是热交换器,通过钎焊在受控气氛钎焊工艺中连接,包括以下步骤,满足或超过本发明的目的和进一步的优点:

(a) 提供拟一起钎焊的部件,其中至少一个由铝合金钎焊板产品制成,包括一面或两面包覆有Al-Si合金钎焊填料的芯合金,该Al-Si合金钎焊填料材料已通过碱性或酸性蚀刻剂蚀刻进行预处理, 其中,所述Al-Si合金钎焊填料具有以下组成,组成,以重量%计:

Si 5%至15%,优选8至14%,

镁0.10%-3%,优选0.15%-2%,

铁含量高达 0.8%

铜含量高达 0.3%

锰高达 0.8%

锌高达 0.25%

钛含量高达0.3%,

平衡铝和不可避免的杂质各<0.05%,总计<0.2%。

(b) 将部件组装成一个组件;

(c) 在不对组件部件施加钎焊助焊剂的情况下钎焊组件,并在干燥的惰性气体气氛中以钎焊温度(通常在约 540°C 至 615°C 的温度范围内,例如在约 590°C 或约 600°C 的温度下)钎焊整个组件,钎焊时间足以熔化和铺展铝钎焊填充材料, 例如,停留时间约为1至10分钟,优选为1至6分钟,通常为约2或4分钟,以在填充材料和至少一种其它组分之间形成圆角;其中,所述干燥惰性气体气氛中的氧含量小于35 ppm,优选小于25 ppm;

(d) 冷却钎焊组件,通常降至约 100°C 以下,例如冷却至环境温度。

钎焊惰性气体气氛应干燥,这意味着露点小于-40°C,更优选为-45°C或更低。

根据本文已经发现,通过碱性或酸性蚀刻剂进行预处理的预处理填料可用于无助焊剂CAB工艺。蚀刻减少了钎焊填充材料外表面的氧化物量,否则可能会阻碍钎焊过程中良好的圆角形成。然而,已经发现它只能在惰性气体气氛干燥时可靠地投入实践并提供良好的圆角形成,此外,前提是惰性气氛中的氧含量低,并且Al-Si填充材料具有至少0.10%的Mg的强制性存在。基于一系列实验已经发现,如果Al-Si填充材料中存在小于0.05%Mg或不存在Mg,例如当使用基于AA4343,AA4045或AA4047的填充材料时,则只有在干燥惰性气体气氛中的氧含量小于4ppm并且优选更低时,才能获得良好的圆角形成。在某些情况下,在氧气含量低至2 ppm时甚至没有形成良好的鱼片。然而,当存在Mg的有目的的添加时,则可以在干燥的惰性气体气氛中具有大量氧气的同时获得良好的圆角形成。如果氧含量超过35ppm则不会发生良好的填料形成,并且优选氧含量小于25ppm,更优选小于20ppm。由于在工业规模的控制气氛钎焊炉中很难达到并保持低于5ppm的非常低的氧含量,因此本研究结果允许在惰性气体环境中以可实现的氧气水平进行无助焊剂CAB钎焊。这提供了显著的成本效益。

Al-Si钎焊填料中的Mg含量至少为0.10%,并且优选至少0.15%。更优选的下限是 0.50%。较高的镁含量可以耐受惰性气氛中的高氧含量。然而,过高的镁含量对钎焊操作是有害的,因此不应超过3%。更优选的Mg含量上限为2%,更优选不超过1.70%。

50法,具有Mg强制性存在的Al-Si钎焊填料已在本领域用于真空钎焊。然而,在钎焊填料材料中使用受控添加镁以用于无助焊剂 CAB 具有意想不到的优势。

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