汽车热交换器钎焊工艺

汽车热交换器钎焊工艺

[post]铝合金比强度高、导热性好、耐腐蚀、易成形，是制造热交换器的理想材料。为减轻重量，提高换热效率，轿车空调热交换器普遍采用管带式、平流式和层叠式等全铝热交换器。铝热交换器生产的关键技术是钎焊，无腐蚀性钎焊方法有NOCOLOK钎剂炉中钎焊（以下简称NOCOLOK钎焊）和真空钎焊，NO COLOK钎焊主要用于管带式和平流式冷凝器的大规模钎焊。

1 NOCOLOK钎焊炉

NOCOLOK钎焊炉有连续隧道炉和分批式单室炉两种类型，保护气氛可采用静态或强迫对流方式，国内引进的钎焊炉都是静态气氛隧道炉。

隧道炉一般由钎剂涂敷装置、干燥室、钎焊室、水冷罩室、空冷室几部分组成。钎剂涂敷装置依靠传送带运输，对热交换器喷涂钎剂悬浮液，然后吹除多余的液体。干燥室在200℃左右烘干钎剂。钎焊室为整体不锈钢马弗结构，马弗进口端固定，出口端浮动，不锈钢网带从马弗内穿过，马弗内为氮气保护环境，工件在马弗内完成钎焊。氮气从工件升温到钎焊温度的那一段进入马弗，向钎焊室进出口方向排出，同时钎焊室进出口处用大流量氮气隔离车间气氛。马弗上下布置电加热元件，分区PID控制，四周为绝热层和外部钢壳。水冷罩室和空冷室位于钎焊室的尾部，钎焊后的热交换器先后经过水冷罩室和空冷室，被冷却至室温。

2 NOCOLOK钎焊用材料

2．1 NOCOLOK钎剂

NOCOLOK钎剂（NOCOLOK是加拿大Alcan铝业有限公司的注册商标）是通用分子式为K1－3AlF4-6的氟铝酸钾盐的混合物，其中可能存在一个结晶水。SOLVAY公司的NOCOLOK®100 FLUX熔化温度为560～577℃，组成为：28～31％K，16～18％Al,49～53%F,≤0.03%Fe,≤0.02%Ca，≤2.5%H2O(550℃)，钎剂呈白色粉末状，50％的粉粒粒度小于12μm，不吸潮，微溶于水（20℃时4.5g/l），20℃时松密度为450～600kg /m3,密度为2.8g/cm3。日本森田公司的NOCOLOK钎剂组成为:76%KAlF4,24%K2AlF5•H2O，熔融开始温度为558℃。

NOCOLOK钎剂在室温和钎焊温度下不与Al发生反应而仅在熔融（至少部分熔融）下才具有反应活性，钎剂熔融后溶解Al表面的Al2O3，润湿接合面，降低液态钎料的表面张力,使液态钎料利用毛细作用自由地流入接合面,并防止表面重新氧化。冷却后，钎剂在部件表面形成一层1～2μm的残余物（钎剂载有量为5g/m2时），附着力强，不吸湿，无腐蚀性，在热交换过程中不会出现碎裂，毋需清除，可直接喷漆。2．2 适合钎焊的铝合金

NOCOLOK钎焊要求母材固相线温度不低于615℃，同时由于钎剂对合金表面的MgO的溶解有一定的限度，且Mg和MgO与钎剂反应生成MgF2，使得钎剂熔点升高失去活性，故要求Mg含量不超过1％（最好不超过0.5％）。因此适合NOCOLOK钎焊的铝合金有工业纯铝和Mg含量较低的Al－Mn合金（如AA3003、AA 3102、AA3005、AA3105等）和Al－Mg－Si合金（如AA6063、AA6951等）。对于复合铝箔，由于厚度仅有0.1～0.16mm，还要求它在钎焊温度下抗下垂（变形）能力强。

2．3 钎料

表1为NOCOLOK钎焊用钎料，一般采用AA4343或AA4045,AA4045用于填充大的钎缝或较低的钎焊温度环境, AA4145可用于更低的钎焊

表1 NOCOLOK钎焊用钎料

合金

牌号化学成分，％熔化

温度

℃钎焊

温度

℃

Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其它 Al

每个合计

4343 6.8～8.2 0.8 0.25 0.1 0.02 0.05 0.15 余量 577～

615 600～620

4045 9.0～11 0.8 0.3 0.05 0.05 0.1 0.2 0.05 0.15 余量 577～

590 590～605

4N43 6.8～8.2 0.8 0.25 0.1 0.5～2.5 0.05 0.15 余量 576～

609 600～620

4N45 9.0～11 0.8 0.3 0.05 0.05 0.5～2.5 0.05 0.15 余量 576～

588 590～605

4145 9.3～10.7 0.8 3.3～4.7 0.15 0.15 0.15 0.02 0.05 0.15 余量 520～

585 570～605

4047 11～13 0.8 0.3 0.15 0.1 0.02 0.05 0.15 余量 577～

580 580～605

温度。AA4N43和AA4N45中的Zn起阳极保护作用，商品化的钎料Zn含量一般为1～1.5％，过高的Zn含量降低钎料的流动性和钎焊性。AA4047是共晶钎料，在推荐的钎焊温度下流动性太强而难于控制，溶蚀倾向较其它钎料高，一般用于火焰钎焊。钎料一般作为复合材料的皮材，根据用途的不同皮材采用双面复合或单面复合，复合率（单面）为5～10％。相互钎焊连接的两个零件，只需要一个零件采用复合材料，不便于采用复合材料时，可采用钎料箔、板或丝。

3 热交换器的钎焊生产过程

管带式冷凝器和平行流冷凝器的生产过程如图1所示，不同生产厂家的制造工艺可能略有不同，本文不作详细介绍。

图1 全铝热交换器钎焊生产过程

4 影响钎焊质量的因素

铝热交换器NOCOLOK钎焊常见缺陷主要有未钎透、溶蚀、翅片弯曲倒伏、钎料流失、热交换器颜色变灰发黑、钎剂残余物附着力差影响油漆附着和热交换器有异味等。实际生产过程中影响NOCOLOK钎焊质量的因素是多方面的,本文仅对主要因素略作讨论。

4．1 零件尺寸公差

加工时必须保证零件的关键尺寸公差，如管带式冷凝器蛇形扁管整形后弯头部分的尺寸、蛇形扁管与集流管钎焊处的缩口尺寸、翅片高度尺寸公差、复合集管的冲孔尺寸、堵头成形尺寸，平行流冷凝器集流管的冲孔尺寸、堵头的成形尺寸、扁管的缩口尺寸等都很重要，否则无法保证装配后芯子的钎缝间隙。4．2 零件表面的脱脂

NOCOLOK钎焊对零件表面的脱脂要求比真空钎焊高，必须彻底清除零件表面的润滑油（脂）等赃物，获得可水润湿的表面，以便于均匀涂敷钎剂。零件表面的脱脂，可采用有机溶剂（三氯乙烷或三氯乙烯）蒸气清洗、水基清洗剂清洗或碱洗等方法。如果在原材料加工中不涂油或采用挥发性润滑油并在零部件加工过程中采用挥发性润滑油，根据润滑油挥发性的不同，可免清洗或采用热风干燥除油，为提高钎剂悬浮液的润湿性，可在悬浮液中加入0.1％的表面活性剂（NCH）。表面活性剂太多，会降低钎焊性和产品的耐腐蚀性。

4．3 零件的装配

保证芯子装配后的钎缝间隙，有利于获得良好的钎焊质量。翅片（复合铝箔）与扁管，推荐采用无间隙配合，复合铝箔的皮材充当间隙，局部间隙过大时可插入钎料箔，但可能引起局部溶蚀、局部焊点过大。其它部位的钎焊间隙主要依靠零件加工尺寸保证，钎焊间隙越大，所需钎剂载有量越大，最好不超过0. 1mm。

NOCOLOK钎焊芯子装配后一般用夹具夹紧，由于铝和不锈钢夹具的热膨胀系数不同，夹紧力太大，易造成钎焊后翅片弯曲倒伏和芯子尺寸超差；夹紧力太小，翅片易虚焊、松脱。

4．4 钎剂悬浮液的配制和涂敷

钎剂用蒸馏水、去离子水或饮用纯水配制成悬浮液使用，推荐表面钎剂载有量为5g/m2。钎剂悬浮液的浓度、零部件清洗质量、涂敷方法、过量钎剂的吹除、工件的复杂程度和涂敷装置网带速度等均会影响钎剂的实际载有量。一般钎剂悬浮液浓度为5～10％，对于扁管与集流管等重要钎缝，可单独刷扫浓度为30～50％的悬浮液以确保钎焊质量。钎剂载有量过大（超过5g/m2），会造成钎焊后的芯子颜色变灰发黑、钎剂残余物附着力差影响油漆附着、热交换器有异味等，并降低钎焊炉马弗的使用寿命。NOCOLO K钎剂的残余物有一定的H2S气味，且钎剂残余物的存在影响蒸发器的表面钝化和亲水处理，而又没有实用的方法去除，因此对于汽车空调蒸发器（蒸发器位于车内）不推荐采用NOCOLOK钎焊，而应采用真空钎焊。

4．5 钎剂的干燥

涂敷钎剂后的工件需彻底干燥除去水分。水分在钎焊过程中可与KAlF4反应生成HF，影响钎焊，加大马弗和网带等的腐蚀，增加HF废气处理工作量。工件的干燥程度受干燥温度和网带速度的影响，一般温度控制在200