铝钎焊介绍

铝钎焊的过去、现在和将来

Ralph A Woods博士

萨帕技术中心顾问

汽车上广泛使用的热交换器（包括汽车空调冷凝器、蒸发器、水箱散热器、油冷却器等部件）的发展经历了三个阶段。20世纪70年代以前汽车使用的大多为铜制热交换器；20世纪70年代开始出现铝制热交换器。铝质热交换器较之传统的全铜热交换器有热交换效率高，重量轻，节约成本，降低汽车油耗等特点，是20

世纪末期汽车工业轻金属化的杰出典范。第一代全铝热交换器为蛇形管结构，利用液压方法将铝管材机械胀管与散热片装配而成。热交换器内部使用氟里昂作制冷剂。1970年由法国的Sofic公司首先研制成功并投入批量生产。与铜制热交换器相比，铝制热交换器的自重轻35～45％。1978年Alcan公司发明了NOCOLOK无腐蚀钎剂焊接工艺。随后日本古河铝业公司成功开发了高精度、高性能的铝合金钎焊散热片，成为第二代全铝热交换器??钎焊管带式热交换器生产的先驱。20

世纪90年代末期，随环保要求的日渐增高，全铝热交换器又向环保型发展。与前面产品相比，最新一代全铝热交换器属环保型产品，它使用无氟制冷剂。为保持热交换效率不下降，新型全铝热交换器被设计成平行流式结构，以保证高的热交换效率。

1介绍

因个人需要而使用汽车在很多地方已经成为日常生活的一部分。然而，世界范围内汽车使用的巨大增长已经引发了一系列的新问题。这一系列问题中，汽车发动机污染对环境的影响相当重要。因此，通过减轻车重和降低燃油消耗，人们一直在探索提高性能的改进措施。此外，随着在车上度过的时间越来越长，人们也希望车内环境尽可能舒适。为了适应这一要求，尤其是在那些环境温度和/或湿度高的地方，空调日益为人们所求。因此，围绕着汽车发动机热交换器和空气调节部件，已经出现了大规模工业生产。由于热交换器的生产处于空调领域的核心部分，空调热交换器的开发因而常常与发动机冷却部件的开发并行进行。幸运的是，铝具有许多适合用于热交换器的理想特点。它具有很高的热传导率，蕴藏丰富，抗腐蚀，可回收，易于接合。在重量节省方面，铝也优于铜，最终表现为低油耗、低空气污染和低成本，铝部件在可靠性方面已经显示出其清晰的优势。

2 蒸发器

最初大多数汽车冷却系统中使用的热交换器都是用铜/黄铜制作的。最早用铝制作的热交换部件是蒸发器。20世纪50年代和60年代初，铝蒸发器采用的是盐池浸焊。拔管和冲压带筋板的基本设计与今天相比几无二致。只要结合部位填充良好，钎焊结果一般就会不错，因为熔盐去除了材料表面的氧化层从而使熔化的钎料金属得以流动并润湿开。但主要的问题是如何去除蒸发器内部残留的浴盐。残盐必须有效去除，否则潮湿状态下氯盐对铝具有强烈的腐蚀性。这使得有效的清洗成为必要工序，而清洗的本身又因污水不易处理而带来一个新的问题；第二个问题是使用过的浴盐。第三个问题是，为了防止外部腐蚀，必须对蒸发器进行铬化处理，而铬化残留物也需要处理。

上述工艺沿用了很多年，但在20世纪70年代，成本更为便宜的真空钎焊技术开始被开发了出来。其秘诀是在钎料层金属中加入了适量的镁。这一工艺更为清洁，钎焊过程中没有废弃物产生，但是在可焊性方面对焊前部件表面的清洁度更为敏感，因此必须采用有效的除油系统，并且为处理除油剂带来的空气污染及其他不利的环境影响付出一定代价。部件间焊料填充也变得更为紧要。除了维修成本以外，更为复杂的炉子结构和气泵系统带来的资金成本似乎也较高。钎焊过程中通过镁的蒸发去除炉内残余氧气和破除表面氧化皮是这一技术成功至关重要的因素。因此，钎料合金通常作了一些改进，含有最高达 1.5%的镁。钎焊过程中，蒸发的镁将在炉壁冷却部件上冷凝下来，最终带来炉门密封等问题，随之而来的是代价高昂的停炉和清洁操作。真空钎焊依旧广泛用于蒸发器生产。气体保护钎焊（CAB）最近才开始采用，因此，钎焊工艺从以前的钎剂钎焊到真空钎焊又重新回到了钎剂钎焊。但是气体保护钎焊工艺非常困难，因为这一工艺中表面氧化皮的处理实际上是通过钎剂溶解，物理去除而不仅仅是撑破的。这使得钎焊过程效率特别高。最初，钎剂成本非常高，这也在某种程度上稍微进一步延缓了这一工艺相当慢的推广。此外在钎剂化学方面也存在一些自身的合金化限制，正如各位在本次和其他演讲中将要听到的，这些问题正在解决之中。

非常成功的长寿命水箱合金技术，也正是后面我要探讨的，已经很难扩大范围应用到蒸发器上。这主要是因为从加工性能上说蒸发器管片冲压加工要求材料状

态为O态（退火态）。冲压部件上的加工或变形量从某些地方不存在变形到其他某些地方接近20%拉伸量不等。这种冷加工变形量导致冲压后的板材在钎焊过程中产生局部回复和再结晶差异。因此，加工板上的某些区域，尤其是深冲凸肩部位，材料晶粒结构被弱化且容易形成腐蚀，因而用于蒸发器的长寿命合金依然在努力研究开发之中。这种需求的原因，在于蒸发器工作于腐蚀性的工作环境。蒸发器在工作过程中大多数时间因水汽的冷凝而处于润湿状态，而这种水汽又因吸收公路大气中的气体而呈相当的酸性。除非采取改进措施，否则尽管如前所述，表面保护性涂层还将在很大范围内继续下去，法规的限制使得这种铬化涂层的使用正显著减少。

3 铝水箱

这一部件出现的时间较蒸发器晚。随着真空钎焊工艺成为蒸发器钎焊的成熟工艺，作为成本高昂的铜/黄铜系统的替代，人们开始了铝水箱设计的开发。由于1970年代后期的石油危机，这一过渡获得了最快的推进。高企的能源价格，特别是在美国，使人们付出巨大的努力减轻汽车重量以便提高单位汽油行驶里程数。从铜/黄铜换成铝使得水箱重量减轻几公斤，同时通过原材料成本下降而降低了单位造价。然而最初的真空钎焊水箱被证实易于受到外部腐蚀，尤其是在那些海洋性环境以及为了防止道路结冰而需要使用除冰剂的雪带地区。即便使用铬化保护性涂层，这依然还是一个问题。现场检索表明，在不到两年的使用期内，内部粒状腐蚀可以使水箱扁管发生完全穿孔。幸运的是，腐蚀产物大量产生，由于腐蚀产物的阻塞，使水箱使用中的失效相对较少发生。即便如此，有些事情显然还是必须开展以便提高产品的适用性。方案试过很多种，尤其是在美国和日本（在欧洲，车上使用较小的引擎，这意味着能使用效率相对较低的机械组装式水箱，腐蚀对钎焊工艺不太敏感）。早期提高外部抗腐蚀能力的努力主要集中在调整合金成分和使用牺牲性的翅片上。第二种努力不太成功，因为锌元素不能用于真空钎焊。当冷却剂老化、等级降低或稀释之后，内部抗腐蚀性也成了一个问题，但这种失效只是偶尔而不是普遍发生的。冷却剂化学成分的逐步改进和管内保护层的采用从根本上解决了这个问题。已经逐步为人们所接受的保护概念，是把预先准备好的如同钎料金属的牺牲