[發明專利]具有形狀保護功能的復合金屬材料爆炸焊接技術

無效

• 申請號: 02109006.8
• 申請日: 2002-01-04
• 公開（公告）號: CN1358600A
• 公開（公告）日: 2002-07-17
• 發明（設計）人: 楊文彬;董守華;孫明;王新宇;奚進一;李曉杰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23K20/08
• 分類號: B23K20/08;B23K20/26
• 代理公司: 大連理工大學專利事務所
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于爆炸焊接技術領域，特別涉及到具有鰭片或其他形狀保護功能的爆炸焊接技術。

背景技術

目前隨著計算機的更新換代，CPU散熱問題日益突出，現在使用的鋁散熱器的散熱效率已不能滿足需要。銅的散熱性高于鋁，但純銅散熱器重量大，而且形狀復雜的鰭片制造困難，成本高。由于鋁的材質軟，擠朔成型的生產效率高，且純鋁散熱器重量輕，材料費低，如能把一定厚度的銅板與鋁散熱器的底平面實現焊接，利用銅的快速傳熱性能就可以大大提高散熱器的散熱效果。現在已經有采用粘接的方法把銅板粘貼在鋁散熱器底面上的鋁銅復合底散熱器，使散熱器的散熱效果有所提高，但所用的粘貼介質是非金屬材料，由于這層介質的存在，降低了銅鋁間的傳熱性能。爆炸焊接技術可以實現銅鋁間的無介質連接，而且有結合強度高，在熱處理、機加工等條件下能確保復合層不分離的突出優點。在爆炸焊接過程中，炸藥爆轟產生巨大的壓力，推動復板以幾百米/秒的飛行速度與基板傾斜碰撞，實現焊接后，由于焊接件還有剩余動能，當它與基礎接觸時，會受到很大的沖擊、擠壓作用，這些因素都造成焊接件不同程度的變形。對于平板狀工件，可以通過機械加工的方法實現整形，如果基板是帶有鰭片等具有復雜形狀特征的工件(如附圖1所示)，很難用常規機械加工的方法將焊接件的變形恢復原狀。本發明設計了一種特殊的爆炸焊接技術，使之在實現焊接以后，能保持焊接件的整體形狀不變。

發明內容

本發明的目的：提供一種具有形狀保護功能的爆炸焊接技術，爆炸焊接后，焊接件不變形，且焊接強度高，在機加工、熱處理等工藝過程中，復合界面不發生開裂。

實現本發明的設想：

目前應用爆炸焊接技術，已經成功的制造出平板狀或圓管狀復合材料。對于帶有鰭片等復雜形狀的散熱器或其他異型材，在爆炸焊接過程中會破壞其原來的形狀。焊接件(由焊接復板和焊接基板組成)的彎曲和變形主要是由于在爆炸焊接時，焊接復板對焊接基板的高速碰撞，以及焊接件剩余能量的存在，使得它繼續向下運動，并與基礎作用產生的。因此，可以設計一種特殊的爆炸焊接技術，減少焊接件的剩余動能，對焊接件實施保護措施，同時設置吸能基礎，緩沖地面對焊接件的沖擊，達到防止焊接件變形的目的。

實現本發明的技術方案：

首先，在實現良好焊接的前提下，應減少焊接復板對焊接基板的碰撞速度，從而能減少焊接件的沖擊變形，碰撞速度應控制在320～350米/秒，還應減少裝藥的質量比(單位面積上炸藥的質量與復板質量的比值)，這樣能減少焊接件的剩余能量，質量比控制在0.5～0.7，同時，對焊接件要采取保護措施，如附圖2所示，將焊接件置于保護模具中，保護模具由鋼性金屬圍箍和填充物組成，填充物可以采用金屬材料，也可以采用非金屬材料或兩種材料的混合物。金屬圍箍和填充物的作用是限制焊接件的變形，金屬填充物可以采用鐵、銅、鋁、鉛等材料(金屬粉或板)，非金屬填充物可以采用石膏、水泥、石蠟、聚氯乙烯等材料，根據焊接件的形態選擇填充物的組份，用填充物填滿焊接件的空隙。為了減少地面對焊接件的沖擊變形作用，應將爆炸焊接裝置(包括炸藥、焊接件、保護模具)安放在“吸能基礎”上。吸能基礎采用疏松、粉末狀材料，如細礦石粉、細沙等，根據爆炸焊接的裝藥量，調整吸能基礎的深度，利用吸能基礎的緩沖作用把焊接件的剩余能量吸收掉。

本發明的效果和益處：

使用本發明主要是可以實現在爆炸焊接后，焊接件的形狀保持不變。如爆炸鋁銅復合底散熱器，是應用爆炸焊接技術將銅板焊接在鋁散熱器上制成的，它適用于計算機、電子元件及各種發熱體上，具有高效的散熱性能，是一種新型的、銅鋁間無任何粘接物的復合金屬散熱器，可以滿足計算機市場急需提高CPU散熱能力的需要。本發明適用于各種材質的散熱器與高導熱性能金屬材料的爆炸焊接，也適用于各種異型材及需要形狀保護的非平板工件與碳鋼、合金鋼、有色金屬板的爆炸焊接。

附圖說明

附圖1是一種鋁散熱器的結構示意圖，圖中：(1)散熱器底，(2)散熱器鰭片。

附圖2是實現本發明的爆炸焊接結構示意圖，圖中：(3)炸藥，(4)木板圍框，(5)焊接復板，(6)安裝間隙，(7)支撐環，(8)焊接基板，(9)金屬圍箍，(10)填充物，(11)吸能基礎。

具體實施方式：

以下結合附圖，詳細敘述本發明的實施例。焊接基板(8)為長條形鋁散熱器，焊接復板(5)為4mm厚的銅板，焊接基板(8)的鰭片高度為30mm，炸藥(3)為粉狀硝酸銨與黑索今混合炸藥，重量比為，硝酸銨∶黑索今＝95∶5。炸藥(3)均勻布滿在焊接復板(5)上，炸藥四周為木板圍框(4)，炸藥厚度為30mm，炸藥的爆速為2100米/秒。焊接基板(8)與焊接復板(5)的安裝間隙(6)為5mm，支撐環(7)安放在焊接基板(8)上，它的作用是支撐焊接復板(5)與焊接基板(8)保持一定的間隙，支撐環(7)材料為鋁，由厚度為1mm的鋁片卷成直徑約為4mm的圓環形，支撐環(7)的高度為5mm。填充物(10)為石膏加鐵粉，重量比為，石膏∶鐵粉＝50∶50，鐵粉為普通工業鐵粉，加入適量的水，攪拌均勻后，將填充物充滿焊接基板(8)的所有空隙及焊接基板(8)與金屬圍箍(9)之間，填充物比鰭片高出50mm(如圖2所示)，填充物固結硬化后進行爆炸焊接。金屬圍箍(9)用厚度為20mm的普通鋼板制成，吸能基礎(11)為普通細礦石粉，基礎厚度為300mm。爆炸焊接后，焊接件的形狀保持不變。