[發(fā)明專(zhuān)利]印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710555367.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107214411B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁世強(qiáng);姜玉雁
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 衡水中科衡發(fā)動(dòng)力裝備有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23K20/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K20/00;B23K20/26
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開(kāi)提供了一種印刷電路板式換熱器(PCHE)焊接系統(tǒng)和方法，將焊件和液態(tài)金屬放入壓力容器，通過(guò)系統(tǒng)的循環(huán)回路對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行加熱或冷卻，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊件的加熱、保溫以及冷卻，并通過(guò)供氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的氣相壓力，通過(guò)液態(tài)金屬將壓力傳遞到焊件，能夠?qū)崿F(xiàn)液態(tài)金屬的循環(huán)流動(dòng)，對(duì)焊件均勻加熱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)散焊過(guò)程的溫度精確控制，通過(guò)惰性氣體調(diào)控壓力容器內(nèi)的壓力，通過(guò)液態(tài)金屬對(duì)焊件均勻加壓。并且液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱能力強(qiáng)，流動(dòng)性好，可深入PCHE內(nèi)部流體通道對(duì)焊接點(diǎn)進(jìn)行加熱或冷卻，加熱均勻，溫度控制精度高，焊接質(zhì)量高，液態(tài)金屬可以有效地把焊接面空氣排出，避免焊接面氧化或出現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量高。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及換熱領(lǐng)域，尤其涉及一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

印刷電路板式換熱器(PCHE)是一種擴(kuò)散焊換熱器，其換熱板片是應(yīng)用相片化學(xué)的方法在板片上蝕刻流道，其加工方法與印刷電路板類(lèi)似故得名印刷電路板換熱器，蝕刻后的板片采用擴(kuò)散焊的方法焊接在一起。擴(kuò)散焊接的工藝包括晶粒生長(zhǎng)熱浸泡階段，從而使板片間接縫自由密合。這種方法使得換熱器具有很好的耐高壓性能。

PCHE通常是采用固態(tài)擴(kuò)散焊方法加工的。固態(tài)擴(kuò)散焊是將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時(shí)間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成聯(lián)接的焊接方法。影響擴(kuò)散焊過(guò)程和接頭質(zhì)量的主要因素是溫度壓力擴(kuò)散時(shí)間和表面粗糙度。在一定范圍內(nèi)焊接溫度越高，原子擴(kuò)散越快焊接溫度一般為材料熔點(diǎn)的0.5～0.8倍，一般在0.7倍的時(shí)候效果最好。根據(jù)材料類(lèi)型和對(duì)接頭質(zhì)量的要求，擴(kuò)散焊可在真空、保護(hù)氣體或溶劑下進(jìn)行，其中以真空擴(kuò)散焊應(yīng)用最廣。

瞬間液相擴(kuò)散焊比固態(tài)擴(kuò)散焊更適合用于PCHE的加工。瞬間液相擴(kuò)散焊需要焊料，焊料的主要成份與焊件母材相同或相近，重點(diǎn)是在焊料里添加了一種熔點(diǎn)降低元素，通常是將焊料制成非晶相薄帶，作為中間層夾在焊件之間，當(dāng)達(dá)到一定溫度，焊料首先液化，在略高于該溫度的條件下恒溫一段時(shí)間，焊料中的熔點(diǎn)降低元素?cái)U(kuò)散進(jìn)入焊件淺表面，焊件表面將熔化，隨著熔點(diǎn)降低元素深入擴(kuò)散，焊接面熔點(diǎn)降低元素的含量減少到一定程度，接頭就會(huì)固化，從而實(shí)現(xiàn)焊接。瞬間液相擴(kuò)散焊的優(yōu)點(diǎn)很多，包括：(1)母材平備要求低；(2)氧化物自動(dòng)去除(“自釬劑”)；(3)等溫固化；(4)焊接效率高；(5)強(qiáng)度、塑性、韌性，無(wú)脆性相。

無(wú)論是固態(tài)擴(kuò)散焊還是瞬間液相擴(kuò)散焊，焊接質(zhì)量都與溫度、壓力的控制精度有直接關(guān)系，而對(duì)于大型PCHE(例如：MW級(jí)PCHE)，保持焊件整體溫度均勻和焊接點(diǎn)壓力均勻是關(guān)系到其熱形變是否一致、局部應(yīng)力是否消減、各焊點(diǎn)焊接進(jìn)程是否同步的問(wèn)題。現(xiàn)有的焊接工藝很難實(shí)現(xiàn)在大型PCHE加工工藝中實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和壓力的精確控制，因此到目前位置，國(guó)內(nèi)外掌握大型PCHE制造技術(shù)的公司非常少。

公開(kāi)內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

有鑒于此，本公開(kāi)提供一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PCHE擴(kuò)散焊過(guò)程中溫度和壓力進(jìn)行精確控制的方法，用以解決上述問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

本公開(kāi)提供了一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)，包括：壓力容器，用于放置焊件和液態(tài)金屬，液態(tài)金屬浸沒(méi)焊件；循環(huán)回路，用于將液態(tài)金屬?gòu)膲毫θ萜鞒槌鲞M(jìn)行加熱或冷卻后再重新注入壓力容器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焊件的加熱或冷卻；以及供氣裝置，用于為壓力容器提供氣體并調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)氣體壓力，氣體壓力通過(guò)液態(tài)金屬傳遞到焊件。

在本公開(kāi)的一些示例性實(shí)施例中，循環(huán)回路包括：循環(huán)泵，用于將液態(tài)金屬?gòu)膲毫θ萜鞒槌觯灰约皽囟日{(diào)控裝置，用于將液態(tài)金屬進(jìn)行加熱或冷卻。

在本公開(kāi)的一些示例性實(shí)施例中，溫度調(diào)控裝置包括：并聯(lián)設(shè)置的加熱器和冷卻器；其中：當(dāng)液態(tài)金屬需要加熱時(shí)，冷卻器關(guān)閉，加熱器用于加熱液態(tài)金屬；當(dāng)液態(tài)金屬需要冷卻時(shí)，加熱器關(guān)閉，冷卻器用于冷卻液態(tài)金屬。