生产应用 ｒ缛掳 铝合金一不锈钢螺栓管接头复合 火焰钎焊工艺及组织分析 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室（１５０００１） 中国北车集团大连机车研究所有限公司（１１６０００） 摘要吕世雄郭 丽 敬小军于冲冲 提出了丙烷焰和乙炔焰复合加热的双火焰钎焊工艺，用于铝合金一不锈钢螺栓管接头钎焊。通过金相 分析和力学性能试验，分析了钎焊工艺条件对钎料的润湿铺展行为以及接头组织性能的影响。研究表明，钎料在 铝合金一不锈钢界面润湿铺展的关键在于控制丙烷焰和乙炔焰加热间隔。合适的间隔时间和接头装配间隙可获 得填充致密、结合良好、性能满足使用要求的铝合金一不锈钢螺栓管接头，为铝合金板式散热器的工业生产提供了 技术参考。 关键词：火焰钎焊铝合金不锈钢金相组织 中图分类号：ＴＧ４４６ ０前 言 艺用于铝合金一不锈钢管接头钎焊，首先钎焊铝合金 板间对接焊缝，在此基础上采用复合火焰钎焊工艺钎 铝一钢复合构件综合了铝合金和不锈钢各自的物 化性能特点，具有质轻、高强、耐腐蚀等综合优势，在航 空航天、汽车舰船等领域的零部件生产中具有很高的 使用价值¨－２ Ｊ。然而，由于Ａｌ和Ｆｅ相互固溶度很低， 存在冶金学上的不相容性，导致铝一钢熔焊时易生成 焊铝合金一不锈钢管接头，通过调整铝合金板间间隙 和火焰加热间隔，实现了铝合金板和不锈钢螺栓管接 头的可靠连接，同时兼顾了铝合金板间钎缝二次钎焊 的致密填充需求。文中重点分析了双火焰加热时间间 隔和铝合金板间隙对钎料的润湿铺展特征和金相组织 的影响规律。 １ 材料与试验方法 金属间化合物脆性相。另外，两者在熔点、导热系数、 线膨胀系数等物理性能上差异显著，使铝合金一不锈 钢界面容易出现应力集中，降低了接头的使用性能。 近年来，焊接工作者广泛地开展了铝一钢异种金属焊 接方面的研究，试验方法几乎涉及了所有的焊接方法， 试验材料为１０６０铝合金板和ＳＵＳ３１６不锈钢螺 栓，选用ｎｏｃｏｌｏｋ钎剂去除残余氧化膜并促进液态钎料 的润湿铺展，钎料为ＥＲ４０４７铝钎料，包括丝状和箔状 两种形式。铝合金、不锈钢和钎料的化学成分分别见 表１、表２和表３。焊前需对铝合金板和不锈钢螺栓管 进行严格的表面清理，避免氧化物、油污等杂质的不利 影响 表１ １０６０铝合金化学成分（质量分数，％） 可实现铝一钢异种金属的冶金结合，而钎焊是目前焊 接质量最稳定最可靠的方法之一 。 文中针对某型号的板式散热器，开展了铝合金一 不锈钢接头火焰钎焊工艺试验。该产品焊缝接头包括 上下铝板对接接头和铝合金一不锈钢螺栓管接头。一 次装配整体火焰钎焊发现很难兼顾两种类型焊缝的润 湿铺展和致密填充。火焰直接加热铝合金板钎焊管接 头，钎料润湿铺展不充分，形成的焊脚尺寸很小甚至难 形成润湿角。直接加热焊脚位置时钎料又难在不锈钢 母材上润湿铺展。为此，文中提出了复合火焰钎焊工 表２ ＳＵｓ３１６不锈钢化学成分（质量分数，％） 收稿日期：２０１２—０３—１２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５０９７４０４６和５０９０４０２０），哈尔滨市青 年科技创新人才（２００９ＲＦＱＸＧ０５０）。 ２０１２年第４期 ３５ 生产应用俘掳 泡沫铜与紫铜的钎焊及其应用研究 江西蓝天学院材料研究与应用技术研究所（南昌市３３００９８） 郭连贵 张洪涛胡志鹏 摘要泡沫铜是一种密度小、比表面积大的多孔金属材料，在热交换领域有重要应用。文中将泡沫铜与紫铜 基板进行真空钎焊，然后将其应用于ＣＰＵ散热器中，并对制作的泡沫铜散热器进行散热性能测试。结果表明，泡沫 铜散热器的热阻（０．３７￣Ｃ／Ｗ）低于成本相近的商业铝制散热器（热阻为０．４５％／ｗ），泡沫铜散热器展现的良好散 热性能使其有望成为一种新型的ＣＰＵ散热器。 关键词：泡沫铜ＣＰＵ散热器钎焊散热性能 中图分类号：ＴＧ４５４ ０前 言 把水充人孔隙率为９４．６％的泡沫铝中后，其等效导热 系数由０．６ Ｗ／（ｍ・ｋ）提高９倍，达到５．４ Ｗ／（ｍ・ｋ）， 泡沫金属是一种在金属基体中分布着一定数量、 而充入空气后等效导热系数则提高了１７２倍 。金东 一定尺寸孑Ｌ径、一定孑Ｌ隙率的新型轻质金属材料。这 范等人 对泡沫铝的空气对流换热冷却效果与传统翅 种材料兼具金属和气泡的特性，具有孔径大（一般在 片式换热器进行了对比，结果发现泡沫铝的传热效果 ０．１～１０ ｍｍ之间）、孔隙率高（在４０％～９８％的范围内 明显优于后者。可见，泡沫金属材料优异的散热性能 变化）、密度低（一般只有同体积金属的１／１０—３／５）、 在热交换领域具有潜在的应用前景，但目前关于泡沫 比表面积大（可达２ ０００—１０ ０００ ｍ ／ｍ ）等结构特 金属材料在ＣＰＵ散热器、电热水器发热体散热部件等 点＿１－２］。泡沫金属材料由于其特殊的结构和性能特 方面的应用研究鲜有文献报道。 点，使其在过滤净化、消声减震、能源电极、热量交换、． 文中将泡沫铜与紫铜基板进行真空钎焊，然后将 耐热抗蚀、电磁屏蔽、生物医学等领域有重要的应用前 其应用于ＣＰＵ散热器中，最后对制作的泡沫铜散热器 景 －４］。 散热性能进行测试研究，以期制作成本低廉、散热性能 在热交换领域，导热性能高且具有通孔结构的泡 优越的新型ＣＰＵ散热器。 沫金属（如紫铜或纯铝）置于流动的流体（如气相的空 气、液相的水）之中时，由于其大的表面积、复杂的三维 １ 试验 流动，热量可从以强迫对流形式通过金属泡沫的气体 １．１ 泡沫铜与紫铜基板的钎焊 或液体中散发，即热量可迅速与流体进行热量交换，从 而使之具有很好的散热能力 －６］。相关研究也表明， 试验中采用的泡沫铜材料是从四平艾可斯金属材 料科技有限公司购得，如图１所示，其尺寸为８０ ｍｍ ｘ 收稿日期：２０１２—０１～１８ ８０ ｌ，ｎｌ／１ｘ３０ ｒａｉｎ，孔隙率（ＰＰＩ）为２５％，密度为０．５５ ｇ／ｅｍ 。 基金项目：江西蓝天学院重点项目（ＸＹＫＪ０８ＺＤ０Ｉ）。 钎焊用的铜基板为紫铜材料。由于泡沫铜与铜 ［２］ Ｓｏｎｇ Ｊ Ｌ，Ｌｉｎ Ｓ Ｂ，Ｙａｎｇ Ｃ Ｌ．Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ— ４５（１０）：１２１１—１２１６． ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ ｍｅｔａｌｓ ＴＩＧ ｗｅｌｄｉｎｇ－—ｂｒａ・・ ［５］ 杨静，朱金霞，刘晓蓉．热循环对钛合金／不锈钢螺纹 ｚｉｎｇ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｔｏ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉ— 钎焊管接头性能的影响［Ｊ］，焊接，２００１（９）：８—１０． ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ，２００９，５０９：３１—４０． ［３］ 张洪涛，何鹏，孔庆伟．铝钢异种材料焊接研究现状与 发展［Ｊ］．焊接，２００６（１２）：７—１１． 作者简介： 吕世雄，１９５７年出生，博士，教授级高级工程师。 ［４］ 宋建岭，林三宝，杨春利．铝合金／不锈钢钨极氩弧熔一 主要从事有色金属焊接与特种焊接方面的科研工 钎焊接头界面层的微观结构分析［Ｊ］．金属学报，２００９， 作，已发表论文２０余篇。 ２０１２年第４期 ３９
