安徽博微長(zhǎng)安電子有限公司 安徽六安 237010

1 序言

隨著電子技術(shù)向高頻化、集成化、高功率的方向發(fā)展，電子設(shè)備也呈現(xiàn)出高性能、小型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)。某雷達(dá)天線陣面尺寸達(dá)10m×10m，上面安裝了大量的電子設(shè)備，功率非常大。電子設(shè)備的大功率導(dǎo)致發(fā)熱量大，資料顯示，器件的可靠性對(duì)溫度十分敏感，隨著溫度的升高，器件可靠性下降明顯[1]。該雷達(dá)有數(shù)百個(gè)DAM（數(shù)字陣列模塊）盒體，單個(gè)DAM盒體采取液冷形式，通過(guò)冷卻液降溫。該DAM盒體材料為3A21鋁合金，內(nèi)部水道為不規(guī)則的微通道，通過(guò)真空釬焊方式將包括定位銷(xiāo)在內(nèi)的7種零件焊接為一體。由于盒體蓋板較薄，加工變形會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以處理不好會(huì)影響最終產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

2 試驗(yàn)過(guò)程

（1）焊接材料選擇 焊接材料使用4004-O鉑狀焊片，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，焊片厚度選擇0.15mm。

（2）結(jié)構(gòu)形式 盒體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，底座1厚度35.5mm，蓋板2厚度3mm。所有零件材料均為3A21鋁合金，通過(guò)真空釬焊一次裝壓焊接成形。

圖1 DAM盒體結(jié)構(gòu)形式

（3）零件加工 蓋板較薄，外形不規(guī)則，易變形，直接采用3mm鋁合金板使用剪板機(jī)下料，然后用砂紙磨光兩面，接著加工中心加工外形，外形加工完成后進(jìn)行低溫退火去應(yīng)力處理，最后與其他零件組裝焊接。定位銷(xiāo)采用鋁合金圓棒車(chē)成，其余零件均采用高速銑加工，其中，底座上存在大面積焊接面，其平面度對(duì)焊接面的釬透率有很大影響，根據(jù)選擇焊片的厚度，平面度加工時(shí)要求在0.06mm以內(nèi)。

（4）真空釬焊 焊前對(duì)零件進(jìn)行清洗，定位銷(xiāo)裝配前使用丙酮浸泡，其他零件裝配前須經(jīng)堿洗、冷水洗、酸洗、冷水洗、熱水超聲波清洗。裝配好后，使用一定重量的壓塊沿焊縫部位壓實(shí)（見(jiàn)圖2），再進(jìn)爐焊接。

圖2 壓塊沿焊縫部位壓實(shí)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）試驗(yàn)結(jié)果 對(duì)釬焊完的工件進(jìn)行充氣檢漏，未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，但焊縫部位出現(xiàn)微小的縫隙，經(jīng)后期加工后縫隙明顯（見(jiàn)圖3橢圓內(nèi)）。該處的縫隙短期內(nèi)對(duì)盒體的密封性不會(huì)產(chǎn)生影響，但是氧化時(shí)的酸液會(huì)殘留在縫隙中，很難清洗干凈，隨著時(shí)間的推延，會(huì)造成縫隙處腐蝕并延伸到內(nèi)部，導(dǎo)致盒體漏液，輕則導(dǎo)致單個(gè)盒體報(bào)廢，重則可能導(dǎo)致整個(gè)雷達(dá)陣面的大面積損壞，造成重大損失。

圖3 焊縫缺陷

（2）原因分析 通過(guò)查閱資料[2，3]，釬焊接頭間隙未填滿原因有以下幾點(diǎn)。

1）裝配間隙過(guò)大或過(guò)小。裝配前，所有零件均使用三坐標(biāo)測(cè)量，除蓋板以外，零件面精度都在0.06mm以內(nèi)，蓋板為薄板，韌塑性很好，使用重物可以壓實(shí)。

2）裝配時(shí)零件歪斜。經(jīng)檢查，裝配時(shí)所有零件均使用定位銷(xiāo)或臺(tái)階定位，保證裝配垂直、水平。

3）零件表面局部不潔凈。焊前對(duì)各零件經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的清洗程序，保證零件表面潔凈。

4）釬劑不合適（活性差、過(guò)早失效等）。真空釬焊不使用釬劑。

5）釬料不合適（潤(rùn)濕性差）。母材與釬料經(jīng)評(píng)定試驗(yàn)，不存在潤(rùn)濕性差的問(wèn)題。

6）釬料不足或流失、安置不當(dāng)。釬料厚度0.15mm，相對(duì)來(lái)說(shuō)較厚，不會(huì)不足；另外釬料是按照焊接面形狀切割而成，與焊接面配合緊密。

7）釬焊溫度過(guò)低或溫度分布不均勻。所用釬料熔點(diǎn)559～591℃，焊接溫度設(shè)定為最低一根熱電偶溫度598℃。熱電偶經(jīng)校準(zhǔn)，誤差在±3℃以內(nèi)，達(dá)到焊接溫度后整個(gè)爐內(nèi)溫差≤10℃。

經(jīng)上述分析，認(rèn)為裝配間隙是唯一有可能導(dǎo)致釬焊接頭縫隙的因素。相關(guān)資料[2]表明，母材間隙是直接影響釬焊毛細(xì)填縫的重要因素，平行板間隙釬焊時(shí)，液態(tài)釬料填縫速度是不均勻的，釬料填縫前沿不整齊，流動(dòng)路線紊亂。這種毛細(xì)填縫特點(diǎn)直接影響釬焊接頭質(zhì)量，形成釬縫不致密，產(chǎn)生夾氣、夾渣等缺陷。經(jīng)測(cè)量，底座平面度為0.03～0.04mm，蓋板退火去應(yīng)力后的平面度在0.34～0.57mm之間，平面度較差。

一般對(duì)于真空釬焊的薄蓋板不做平面度要求，復(fù)查蓋板工藝，蓋板采取剪切下料，外形留5mm加工余量。因此，考慮蓋板剪切應(yīng)力在外形加工時(shí)釋放造成蓋板變形，在低溫退火下未去除干凈，在真空釬焊的高溫下繼續(xù)釋放引起蓋板變形，從而導(dǎo)致母材間隙過(guò)大，影響釬料的毛細(xì)填縫。

（3）改進(jìn)方案 根據(jù)前面的原因分析，制定了改進(jìn)方案：剪板下料時(shí)，加工余量放大至20mm，機(jī)械加工后采取高溫退火，退火溫度350℃，保溫40min。

（4）改進(jìn)結(jié)果 高溫退火后的蓋板平面度經(jīng)測(cè)量為0.18mm、0.24mm、0.27mm，將改進(jìn)后的蓋板與其他零件裝配焊接。焊接后的試件經(jīng)加工后均未出現(xiàn)明顯的縫隙（見(jiàn)圖4），使患釬焊接頭縫隙問(wèn)題得到解決。

圖4 焊縫無(wú)缺陷

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于蓋板+底座形式的真空釬焊，在保證底座平面度（一般0.06mm）的前提下，蓋板的殘余加工應(yīng)力一定要在焊前釋放干凈，可采取鋁合金高溫去應(yīng)力退火處理。本產(chǎn)品經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)證，蓋板的平面度達(dá)到0.25mm以內(nèi)，能保證焊接后釬焊接頭不出現(xiàn)縫隙，清除了產(chǎn)品使用過(guò)程的隱患。