一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，涉及微通道液冷散热和电子封装铝基复合材料连接技术领域，包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法


[0001]本专利技术涉及微通道液冷散热和电子封装铝基复合材料连接
，更具体的是涉及多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法

。

技术介绍

[0002]铝基复合材料具有密度低
、
强度高
、
比强度高
、
比刚度高
、
谐振频率高等优点，在航空航天
、
交通运输
、
工程机械
、
电子信息等领域有广泛的应用价值
。
但由于增强相和铝之间的较大差异导致该种复合材料的连接技术面临着巨大的挑战，特别是焊接性差等问题，依然严重制约了高硅铝基复合材料在工程中的使用
。
在铝合金微通道液冷领域，目前主流的方法是采用真空扩散焊
、
真空钎焊或者真空电子束焊接，实现微小流道零件间的焊接，且在微小通道焊接时针对焊接应力与变形的控制方面主要采用热处理去应力，尚无创新成熟技术应用
。
[0003]目前，现有的铝基复合材料与锻铝合金
、
微通道液冷流道铝合金间的连接方法，具有诸多不足：
[0004](1)
由于高硅铝基复合材料
(
如
Al70Si)
材料与锻铝合金性能差异较大，采用常规熔焊方法存在界面反应增强相易偏聚
(
分布不均
)、
严重的冶金不相容性
、
焊缝成形差/>、
易产生气孔和裂纹等缺陷
、
接头性能低难以达到使用要求
、
焊后容易产生残余应力等问题
。
[0005](2)
对于高硅铝基复合材料
Al70Si
和
6061/6063
铝合金的连接结构，可采用搅拌摩擦焊，但是由于高硅含量铝合金材料较脆，大面积的完全采用搅拌摩擦焊容易造成铝基复合材料破碎，不能形成可靠的焊接接头，气密性无法满足
GJB548B
要求
。
[0006](3)
对于高硅铝基复合材料
Al 70Si
和
6061/6063
铝合金的连接结构，可采用真空钎焊，但是由于二者材料特性以及焊接窗口较小的原因，需要研制合适的钎料，且要在抽真空条件下，成熟的应用不多，这些使得真空钎焊具有很大的局限性，同时其制造效率也较低
。
[0007](4)
对于微通道液冷流道铝合金间的连接方法，目前主流的焊接方法有真空钎焊
、
真空扩散焊和真空电子束焊接，但因为液冷内腔流道很窄
、
齿片高度不足
1mm
，钎焊往往造成流道堵塞从而影响到流阻以及后续液冷内腔钝化处理；而扩散焊因为要在高温下
(560
‑
600℃)
抽真空施加高压，且高温下硅颗粒迅速长大影响性能；真空电子束焊接因为要在抽真空下焊接，焊接成本高，焊接制造效率低
。
[0008](5)
对于熔焊的散热产品，仅依靠热处理进行低温去应力控制焊接变形，效果不明显，仍存在较大残余应力，且针对不同铝合金连接的构件在选择具体热处理规范时难以兼顾材质物理特性差异的影响，整体效果不明显
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法
。
既能保障铝基复合材料与铝合金连接强度和气密等性
能要求，同时又高效实现铝合金液冷微通道可靠连接和制造的新方法
。
这将为异种材料多功能集成构件连接技术的创新提供支撑，为电子封装以及液冷散热等相关铝基复合材料产品的质量和性能提供保障
。
[0010]本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
[0011]本专利技术提供一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，包括如下步骤：
[0012]S1、
对于多功能集成构件中高硅铝基复合材料与铝合金的连接接头形成的环形曲面焊缝区域，先采用非真空环境下的超声波高频振动钎焊方式将环形曲面焊缝进行密封连接；然后进行非标热处理强化；
[0013]S2、
对于多功能集成构件中的异种铝合金组成的液冷微通道不等厚度接头形成的异形闭合回路焊接区域，在惰性气体的保护下，采用非真空条件下的精密激光焊接方式进行密封焊接；然后采用动态循环加热缓解应力变形技术，实现焊缝区域位置应力的松弛，从而实现焊接应力与变形的控制
。
[0014]具体来说，利用超声波的空化效应将材料表面残留的氧化膜分解破碎，并促进钎料在环形焊缝四周的润湿与铺展，实现高硅铝合金与铝合金的可靠连接
。
[0015]在一个实施方式中，步骤
S1
中，高硅铝基复合材料的上表面高出铝合金，高硅铝基复合材料高出锻铝合金表面的距离为
D1
，
D1
的尺寸范围为
0.05
～
0.25mm。
[0016]在一个实施方式中，步骤
S1
中，超声波高频振动钎焊方式过程中，焊接温度为
450
～
500℃
，高频超声波的作用时间为
20
～
90S。
[0017]在一个实施方式中，步骤
S1
中，非标热处理强化包括固溶处理和时效处理；固溶处理是在
450
～
500℃
温度下保温
40
～
60min
，然后氮气急冷；时效处理是在
160
～
170℃
温度下保温4‑6小时，然后随炉冷却
。
[0018]在一个实施方式中，步骤
S1
中，高硅铝基复合材料其中硅的含量在
10
％～
70
％范围内，与高硅铝基复合材料焊接的铝合金为
6063
铝合金
、6061
铝合金或
3A21
铝合金中的一种
。
[0019]在一个实施方式中，步骤
S1
中，高硅铝基复合材料与铝合金的连接接头形成的环形曲面焊缝区域为一处或多处
。
[0020]在一个实施方式中，步骤
S2
中，激光束需偏向厚度较大的工件一侧，激光束需偏向厚度较大的工件一侧的偏移距离为
D2
，
D2
的尺寸范围为
0.05
～
0.2 5mm。
[0021]在一个实施方式中，步骤
S2
中，动态循环加热缓解应力变形技术具体过程如下：通过调整离焦量将激光束束斑放大，形成具有加热作用，而不熔化金属的工艺条件，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
对于多功能集成构件中高硅铝基复合材料与铝合金的连接接头形成的环形曲面焊缝区域，先采用非真空环境下的超声波高频振动钎焊方式将环形曲面焊缝进行密封连接；然后进行非标热处理强化；
S2、
对于多功能集成构件中的异种铝合金组成的液冷微通道不等厚度接头形成的异形闭合回路焊接区域，在惰性气体的保护下，采用非真空条件下的精密激光焊接方式进行密封焊接；然后采用动态循环加热缓解应力变形技术，实现焊缝区域位置应力的松弛，从而实现焊接应力与变形的控制
。2.
根据权利要求1所述的一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，其特征在于，步骤
S1
中，高硅铝基复合材料的上表面高出铝合金，高硅铝基复合材料高出锻铝合金表面的距离为
D1
，
D1
的尺寸范围为
0.05
～
0.25mm。3.
根据权利要求1所述的一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，其特征在于，步骤
S1
中，超声波高频振动钎焊方式过程中，焊接温度为
450
～
500℃
，高频超声波的作用时间为
20
～
90S。4.
根据权利要求1所述的一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，其特征在于，步骤
S1
中，非标热处理强化包括固溶处理和时效处理；固溶处理是在
450
～
500℃
温度下保温
40
～
60min
，然后氮气急冷；时效处理是在
160
～
170℃
温度下保温4‑6小时，然后随炉冷却
。5.
根据权利要求1所述的一种多功能集成构件非真空下复合焊接与去应力的新方法，其特征在于，步骤
S1
中，高硅铝基...

【专利技术属性】
技术研发人员：程圣，王天石，谷岩峰，陈帅，曾强，曾红玲，唐勇刚，杨光华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：