汽车热交换器钎焊工艺探索与研究

刘旭

摘要：本文主要分析了汽车热交换器钎焊中NOCOLOK钎焊、钎料成份、钎焊温度、钎剂成份等对钎焊质量的影响情况，并简要介绍了热交换器钎焊的实际应用。

关键词：NOCOLOK钎焊 钎剂 钎料 生产工艺

中图分类号：F407.471文献标识码：A 文章编号：

一、前言

在世界汽车工业发展的初期，热交换器一直采用铜材料的锡焊工艺，即锡铅合金的铜质软钎焊工艺，该工艺对钎焊温度要求低（低于450℃），但焊接强度较差。从上世纪80年代末到本世纪初，随着铜价的不断上涨，为降低成本，铝质硬钎焊散工艺开始广泛应用并快速发展，首先在乘用车和小功率商用车中取代了铜质软钎焊工艺，该工艺焊接强度、性价比较好。

二、钎焊工艺分析与研究

钎焊技术是采用比母材熔点低的材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度（使母材仍保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，与母材相互扩散实现被焊工件连接的一种方法。铝合金强度高、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，目前普遍采用的是NOCOLOK钎剂炉中钎焊的无腐蚀性钎焊方法。

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。

隧道炉一般由脱脂室、钎剂涂敷装置、干燥室、钎焊室、水冷罩室、空冷室几部分组成。脱脂室在200℃以下用于解析铝材冲压油残留。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，但不可超过250℃，温度过高会增加铝材氧化，不利于焊接。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。

对于连续隧道炉钎焊来说，制定适宜的钎焊温度和网带速度是保证钎焊质量的关键。钎焊温度太高，网带速度太慢，易造成钎料流失、溶蚀、翅片弯曲等缺陷；钎焊温度太低，网带速度太快，工件尚未达到必要的钎焊温度，各部位温度不均衡，容易造成虚焊、泄漏、钎缝不连续等缺陷。不同的连续隧道钎焊炉的钎焊温度和网带速度需通过测量工件在炉内的实际温度曲线确定，工件各部位升温到钎焊温度保温3～5分钟即可，一般575℃以上时间在4分钟左右，600℃以上温度在2分钟左右即可。此外，在典型的隧道炉中,由于工件、夹具和连续运转的网带会将水分和空气带入炉内，以及氮气的进排气不平衡导致炉内气氛返流，。为保证钎焊效果，必须保证隧道炉钎焊段的气氛露点不超过－40℃，氧含量控制在100ppm以下。

2 NOCOLOK钎焊用材料选型

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。

钎剂用蒸馏水、去离子水或饮用纯水配制成悬浮液使用，推荐芯体表面钎剂载有量为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。一般低浓度钎剂悬浮液浓度为5～10％，主要用于焊接翅片与扁管，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。

2.2 适合钎焊的铝合金-母材

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、AA3102、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（复合钎料-子材）

表2为钎焊用复合钎料，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可用于温度更低的钎焊；

钎焊用钎料合金温度参数如下

牌号 融化温度℃钎焊温度℃

AA4343577～615600～620

AA4045577～590590～605

AA4N43576～609600～620

AA4N45576～588590～605

AA4145520～585570～605

AA4047577～580580～605

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，当设计不便于采用复合材料时，可采用钎料箔、板或丝。

由于钎焊技术是利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，因此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。

三、结论

钎焊是汽车铝热交换器无腐蚀性钎焊的主要方法,只有严格控制影响钎焊质量的各种因素，才能保证获得稳定的产品质量。研究和正确掌握铝合金的钎焊对我国引进技术的消化、吸收及应用具有十分重要的意义。

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