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。

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。

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。

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。

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。

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

图6 高拓微通扩散焊产品检验过程照片

高拓微通传热技术（北京）有限公司

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