高精度真空钎焊炉焊接6061机载计算机机箱(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国电子科技集团公司第二研究所 作者:张金凤

  目前国内用于机载环境的各种军用或民用计算机在抗恶劣性能方面已达到较高的水平,其机箱结构设计在抗恶劣环境中起着重要作用,尤其是全密封整体钎焊的机载计算机机箱的制造技术。国内在该项技术已有很大突破,特别是本文所阐述的整体机箱真空钎焊技术代替古老的盐浴钎焊,提高并保证了机箱的加工精度和机械性能,该技术已在生产中推广应用。为了保证整体机箱真空钎焊的焊接性能,在三方面进行突破研究,既焊接材料、工艺设备、工艺方法。一直以来国内机载机箱都采用LF21铝锰系列防锈铝,为了改进提高机载计算机机箱在恶劣环境下具有更良好的机械性能,目前国内相关研究机构成功地研制出6061(属于锻铝系列)全密封整体真空钎焊的机载计算机机箱,其可焊性好、强度高、重量轻、性能价格远远优于LF21防锈铝。为此,与之相匹配的新一代高精度高真空度钎焊设备也研制成功,通过材料、工艺、设备完美结合,使机载机箱技术达到了世界先进水平。

1、6061整体机箱真空钎焊工艺

1.1、钎焊前零件的表面准备

  主要是清除零件表面油污和氧化物,提高焊料表面流动性、填充性和铺展性,保证机箱焊接表面氧化膜足够薄。

1.2、机箱零件的组装和定位

  经过机加工的零件在钎焊前按图纸进行组装,焊料片在机箱组装时夹紧在焊接零件的焊缝之间。对于结构不复杂的机箱用工艺螺钉和架子组装定位,对于结构复杂的机箱用专用的夹具组装定位,夹具的夹紧程度满足零件膨胀与收缩要求,有些夹具设计成弹性加紧,夹具材料选用不锈钢和耐热合金钢。

1.3、组装机箱在钎焊设备中的放置

  对于大尺寸机箱,在钎焊时放置方向很重要,由于在高温下自重引起的热变形使大平面机箱板产生翘曲,机箱焊接后有可能不能满足平面度要求。另外对于较大尺寸的长焊缝,尽量采用水平放置,这样焊料熔化时不易产生过流。

1.4、钎焊工艺参数确定

1.4.1、钎焊温度的均匀性

  温度均匀性在钎焊中起着重要的作用,在工作区域内温度均匀有利于获得焊料圆角光滑连续和牢固结合的钎焊接缝。如果温度低于焊料熔点温度钎料不能完全熔化;如果温度高于焊料熔点温度,焊料就会流失。6061 材料整体机箱真空钎焊所选用的焊料熔点温度为577℃,而6061母材的固相线为582℃,母材固相线与焊料熔点温度之差为5℃,即钎焊窗口窄,因此钎焊温度必须严格控制,温度均匀性指标为±3℃。

1.4.2、钎焊真空度

  众所周知,真空在钎焊中的作用有三种:保护、除气、净化。从理论上分析,真空度指标越高越好,通过实际试验,工作真空度在6×10-3Pa就能满足钎焊要求,焊缝经过检测既不氧化也没有空隙(气泡)。

1.4.3、其它参数确定

  为了提高机箱钎焊质量,提高生产效率,缩短生产周期,同时对真空泄漏、加热时间、抽真空速率、和强制冷却时间等指标也提出了要求。

  压升率:0.3~0.67 Pa/h
  升温速度:8℃/min
  强冷速度:20℃/min
  抽真空时间:真空度升到1.1×10- 3 Pa 时间小于15min

1.5、焊接温度工艺曲线

  图1 是焊接6061整体机箱温度工艺曲线之一,钎料牌号AlSiMg。

焊接温度工艺曲线图

2、高精度真空钎焊炉设计

  为了满足6061整体机箱的钎焊工艺,我们在设备的结构设计,热工设计,控温方式,热变形精度影响等方面都采取了一系列的措施,尤其是多面多区多控制技术的运用,使温度均匀性能够达到高精度控温。钎焊设备的组成如图2 所示,主要组成部分包括:强冷系统、水冷系统、炉体、炉胆、镁捕集器、真空系统、电气控制。

钎焊炉结构简图

图2 钎焊炉结构简图

2.1、主要技术指标

  (1)最高温度:850℃
  (2)均温区尺寸:900×700×600(mm)(长×宽×高)
  (3)极限真空度:≤2.0×10- 4 Pa
  (4)炉温均匀性:±3℃
  (5)压升率:0.2 Pa/h
  (6)充氮气压力:≤1.0×105 Pa
  (7)冷却速度:≤25 min
  (从600℃冷至100℃)
  (8)装炉量:80 kg
  (9) 加热功率:130 kW

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