扩散焊工艺——微通道换热器的核心技术

1.高拓微通道换热器工艺结构简介

高拓微通换热器(GOT MCHE)是全新的传热技术升级换代产品,对应用于各行各业的热交换器进行了颠覆式革新。其核心部件“换热芯体”的工作原理与活性碳相同,即内部的微通道结构形成了非常大的表面积(是同等体积的管壳式换热器换热面积的10倍以上)。同时,紧密结合的冷热流道又使换热效率大大提高。

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图1 高拓微通道换热器芯体结构示意图

高拓微通道换热器采用类似芯片的加工工艺,利用化学蚀刻技术,在金属薄板上蚀刻出微米至毫米量级的换热单元通道,制造出换热芯板。再将不同流道形式的冷热芯板交替堆叠在一起,通过扩散焊接工艺技术,使相邻芯板紧密结合在一起,形成换热芯体。

2.扩散焊工艺在微通道换热技术中的应用

由于微通道芯体结构的特殊性,芯板平面之间的大面积连接需要大量的焊接接头。传统型式的换热器多采用熔焊的方法焊接。熔焊技术相对成熟,易于实现,但要求焊接接头可达性好。而对于微通道换热器芯体这种特殊结构,熔焊技术则不易实现。

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图2 高拓微通道芯板连接示意图


2.1 什么是扩散焊

扩散焊接是一种可以获得整体焊接接头的固态连接工艺。即借助于高温下相互接触的材料之间的局部塑性变形,使两个工件的接触面之间形成原子扩散,从而实现结合的一种精密的连接方法。

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图3 扩散焊连接界面动画示意图

由于键合表面的微粗糙变形,键合面积增加,键合开始时使用原子扩散,之后,晶粒在接合面上生长,结合界面变得无法区分。焊合情况完好的扩散焊接头,室温拉伸强度与母材等强。

扩散焊接是一种精密焊接方法,通常用于难以或不可能形成接头的场合,例如,具有复杂内部结构的部件。微通道换热器就是扩散焊接的一个常见应用。

2.2 扩散焊的工艺过程简介

高拓微通道换热器的扩散焊炉是真空炉,配有液压闸板,通过石墨工具向待连接芯板施加压力。这一过程称为单轴扩散键合。由于该过程依赖于原子扩散,因此需要施加压力使两个表面紧密接触,从而促进界面间的扩散。因此,芯板之间的表面粗糙度和平整度是重要的工艺参数。

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图4 扩散焊试件组合焊接示意图

扩散焊接通常在真空条件下进行,其真空度<1×10-2mbar,温度高达1300℃。

对于熔点较高的材料,需要更高的温度。因为扩散连接温度通常为材料熔点(Tm)的50%—75%,同时,在进行扩散焊接时,也要考虑到熔炉自身的最大负载限制,确定最合适的焊接温度。

对于某些不适用于高真空条件的材料,也可以通过在热处理炉中填充惰性气体(如氩气,氮气等)分压的方式,进行扩散焊接。


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图5 真空扩散焊炉的内部结构示意图

2.3 扩散焊工艺的卓越优势

1)扩散焊时,因基体不过热、不熔化,可以在不降低被焊材料性能的情况下焊接几乎所有的金属或非金属,特别适合于熔焊和其他方法难以焊接的材料,如活性金属、耐热合金、陶瓷和复合材料等。对于塑性差或熔点高的同种材料,以及不互溶或在熔焊时会产生脆性金属间化合物的异种材料,扩散焊接是较适宜的焊接方法。

2)扩散焊接头的质量好,其显微组织和性能与母材接近或相同,在焊缝中不存在熔焊缺陷,也不存在过热组织和热影响区。焊接参数易于精确控制,批量生产时接头质量和性能稳定。

3)焊件精度高、变形小。因焊接时所加压力较小,工件多是整体加热,随炉冷却,故焊件整体塑性变形很小,焊后的工件一般不再进行机械加工。

4)可以焊接大截面工件,由于焊接所需压力不大,故大截面焊接所需设备的吨位不高,易于实现。

5)可以焊接结构复杂、接头不易接近以及厚薄相差较大的工件,能对组装件中的许多接头同时实施焊接。

3.高拓微通扩散焊产品的质量保证

Ø 产品试件经拉伸、弯曲、冲击试验等理化试验

Ø 无损检验设备齐全

Ø 水压试验满足国家标准要求

Ø 气密性耐压测试

Ø 氦质谱检测

Ø 强度测试

Ø 爆破试验

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图6 高拓微通扩散焊产品检验过程照片



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高拓微通传热技术(北京)有限公司

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