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焊缝泄漏是液冷板生产中最头疼的问题,零件焊完做氦检的时候发现漏点,轻则补焊,重则整件报废。泄漏的位置大多在焊缝的拐角、流道边缘,或者零件配合面的局部位置。出现泄漏之后,不要上来就补焊,要先找原因,不然补完这里漏那里,永远修不完。
第一种泄漏原因是配合间隙不对。两个零件加工的时候,平面度不好,或者配合面的间隙太大,超过了0.1mm,钎料熔化之后靠毛细作用填不满整个间隙,就会留下微小的通道,氦检的时候就会测到泄漏。这种情况的漏点一般是沿着焊缝一条线,不是局部的小点。解决方法是检查零件加工精度,把配合面的平面度控制在0.03mm以内,间隙控制在0.05-0.1mm。
第二种泄漏原因是钎料没有对齐。装夹的时候,钎料箔偏了,没有完全覆盖焊缝的位置,焊缝的某一段没有钎料,自然就漏了。这种漏点一般是局部的一段,拆开看就能看到那段焊缝没有钎料填充。解决方法是装夹的时候做定位治具,保证钎料箔每次都放在准确的位置,不要靠肉眼对。
第三种泄漏原因是温度不够,钎料没有完全熔化。炉温不准,热电偶偏差,或者温场不均匀,炉膛里某个位置的实际温度比设定温度低了30℃以上,钎料在那个位置没有熔化,焊缝自然就漏了。这种情况的漏点一般集中在炉膛里温度低的那个区域,比如靠近炉门的位置。解决方法是定期校准热电偶,做温场测试,确认有效加热区的温度均匀性,装炉的时候把工件放在有效加热区中间。
还有一种隐蔽的泄漏原因,是零件本身有微裂纹或者砂眼,不是焊接的问题,是零件加工的时候留下的缺陷,焊完之后裂纹处通了,就漏了。这种漏点不在焊缝上,在零件的基体上,拆检的时候仔细看就能发现。
焊缝里的气孔,在外观上根本看不出来,氦检的时候如果气孔没有连通到表面,可能测不出来,但是产品用到客户现场之后,随着温度循环,气孔扩展连通,就会出现慢性泄漏。这种问题最危险,因为到了客户那边才发现,损失就大了。
气孔的来源主要是三个:第一是工件表面没洗干净,残留的切削液、油污在高温下分解成气体,留在焊缝里;第二是炉内真空度不够,升温太快,残留的空气没有排干净;第三是钎料箔本身存放时间长了,表面氧化吸附水汽,熔化的时候释放气体。
| 缺陷类型 | 主要原因 | 解决措施 |
|---|---|---|
| 焊缝微漏 | 间隙超差/温度低 | 控制加工精度,校准炉温 |
| 焊缝气孔 | 清洗不到位/排气不足 | 增加600℃保温排气段 |
| 虚焊 | 钎料偏移/间隙太小 | 用定位治具装夹 |
| 工件变形 | 升温冷却太快 | 降低升降温速率,加夹具 |
解决气孔问题,首先要把零件清洗做到位,机加工后的零件,用超声波清洗机加工业酒精清洗,洗完烘干,不要用手直接摸配合面;然后在工艺里加上600℃保温30分钟的排气段,让残留的气体充分排走;钎料箔拆包之后不要放太久,放在干燥柜里保存,用之前如果表面氧化了,要做酸洗处理。
虚焊就是焊缝看着成型了,但是钎料和母材没有真正结合,用手一掰就开,这种问题比泄漏还明显。虚焊的原因除了温度不够、钎料偏移,还有一个容易被忽略的因素:零件表面的氧化膜太厚。316L零件在空气中放久了,表面形成一层致密的氧化铬膜,真空加热的时候这层膜不能完全分解,钎料就润不湿金属表面,形成虚焊。解决方法是零件焊接前,把配合面做酸洗或者打磨处理,去掉厚氧化膜,缩短零件清洗完到装炉的等待时间,最好清洗完24小时内就焊完。
工件变形是薄壁液冷板常见的问题,焊完之后平面度超差,装到服务器机柜上和芯片贴合不紧,散热效果下降。变形的原因主要是升温太快,工件上下表面温度不一样,热应力不均匀;再加上薄壁零件本身刚度差,高温下强度下降,自重就会让它变形。解决方法是把升温速率放慢,不要超过5℃/min,同时用石墨做的压具把工件压住,限制它的变形;冷却的时候也不要太快,让工件整体均匀降温。对于特别薄的液冷板,还可以做专门的焊接工装,把工件固定在刚性框架里,焊完之后平面度可以控制在0.2mm以内。
真空钎焊的缺陷排查,本质是“人、机、料、法、环”五个维度逐个核对:人就是装夹操作有没有按规范来,机就是炉子的温度、真空度有没有正常,料就是零件和钎料有没有问题,法就是工艺曲线对不对,环就是清洗环境、存放环境干不干净。把这五个维度都核对一遍,大部分问题都能找到原因。东莞志远工业设备的售后团队,会在设备交付后定期上门做工艺巡检,帮客户排查解决生产中的质量问题,更多设备售后和工艺服务可以咨询。
还有一种容易被忽略的缺陷,就是焊缝的腐蚀。液冷系统里用的冷却液一般是乙二醇水溶液,长期运行的时候,如果焊缝里的钎料成分和母材不匹配,就会在焊缝位置形成电化学腐蚀,时间长了就会穿孔泄漏。这种问题一般在产品运行一两年之后才会出现,出厂检测的时候根本发现不了。要避免这种问题,首先要选和母材匹配的钎料,316L不锈钢就用BNi-7镍基钎料,不要用错钎料;其次焊完之后要把焊缝表面的残留钎料清理干净,不要有局部的钎料堆积。
排查缺陷的时候,要养成做记录的习惯。每炉焊完,把工件数量、工艺参数、不合格数量、不合格位置都记下来,积累十几炉的数据之后,规律就出来了。比如你发现不合格的工件总是在炉膛靠近炉门的位置,那就是炉门位置温场不够,下次把工件往中间放;如果发现不合格总是出现在某一种结构的零件上,那就是这种结构的配合间隙有问题,要改加工。靠感觉排查问题效率低,靠数据找原因,很快就能把合格率提上来。
很多客户刚上真空钎焊炉的时候,遇到问题就觉得是炉子不好,要换设备,其实80%的问题都不是设备的问题,是工艺和操作的问题。志远的售后工程师上门的时候,经常发现客户的炉子真空度、温场都没问题,就是工件没洗干净,装夹不规范,升温曲线没设置对,调整这些细节之后,合格率立刻就上去了。设备只是工具,工艺和管理跟上,才能做出稳定的产品。
常见问题FAQQ1:焊缝漏点可以直接补焊吗?
微小漏点可以用氩弧焊补,但如果是批量出现漏点,不能只补焊,一定要找根因,不然补完还会漏。
Q2:怎么判断焊缝里有没有气孔?
除了氦检,还可以做切片金相分析,把焊缝切开磨抛,在显微镜下看内部气孔数量。
Q3:工件变形只能靠工装解决吗?
首先是调整升降温速率,减少热应力,再配合压紧工装,大部分薄壁件变形都能控制住。
Q4:零件洗干净了为什么还有气孔?
可能是升温太快,排气时间不够,在600℃增加一段保温,让残留气体充分排走就会改善。
Q5:钎料箔放久了还能用吗?
如果表面已经氧化变色,就不要用了,不然容易形成虚焊和气孔,要放在干燥柜密封保存。
Q6:为什么靠近炉门的工件总是焊不好?
炉门位置散热大,温度比炉膛中间低,工件要放在有效加热区中间,不要贴炉门放。
Q7:焊缝表面发乌是什么原因?
一般是真空度不够或者充的保护气纯度不够,高温下微量氧和焊缝反应形成氧化色。
Q8:一炉里有的工件合格有的漏,怎么回事?
大概率是温场不均匀,温度低的位置工件钎料没熔化,做温场测试找温度差。
Q9:怎么避免钎料箔装夹的时候偏移?
做定位治具,在零件上加工定位销孔,钎料箔上开对应的定位孔,装的时候直接套在销子上。
Q10:真空钎焊的合格率一般能到多少?
工艺稳定的量产线,液冷板焊接一次合格率可以做到99%以上。
Q11:设备用久了真空度上不去怎么办?
一般是泵油老化或者炉门密封圈老化,换泵油、换密封圈,再检查炉内有没有杂物。
Q12:志远的售后可以上门排查问题吗?
可以,国内客户接到故障通知后48小时内安排工程师上门,协助排查工艺和设备问题。