[發明專利]一種針對電子束焊接氣孔的填補方法

在審

• 申請號: 202011158898.7
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112427793A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 姚力軍;邊逸軍;潘杰;王學澤;錢百峰
• 申請（專利權）人: 寧波江豐電子材料股份有限公司
• 主分類號: B23K15/00
• 分類號: B23K15/00;B23K26/22;B23K26/346
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明涉及一種針對電子束焊接氣孔的填補方法，所述填補方法先確定電子束焊接氣孔所在位置處的成分組成M，測量所述電子束焊接氣孔的直徑D，再根據所述成分組成M和所述直徑D選擇焊絲，然后通過點焊將所述焊絲熔化并填補在所述電子束焊接氣孔內。本發明所述填補方法可以針對電子束焊接氣孔進行有效地填補，尤其適用于帶有氣孔缺陷的鋁濺射靶材組件，使得填補后的鋁濺射靶材組件不僅滿足了磁控濺射要求的密封性要求，滿足了濺射靶材表面光亮無缺陷的要求，避免了色差問題，還大大減小了經濟損失。

技術領域

本發明涉及電子束焊接技術領域，尤其涉及一種針對電子束焊接氣孔的填補方法。

背景技術

在半導體工業領域，通常要將符合濺射靶材性能的高純度鋁或鋁合金靶材與高強度鋁背板經過焊接成形，然后再經過粗加工、精加工等工藝，最后加工成尺寸合格的鋁濺射靶材組件。對于鋁濺射靶材組件來說，焊接后的高純度鋁或鋁合金靶材表面溫度不能高于其再結晶溫度，否則會導致靶材內部晶粒大小和取向的變化，并且鋁合金的導熱系數特別大，傳熱迅速，只有采用能量非常密集的熱源才有可能確保焊縫熔化的同時還可以有效控制靶材表面溫度，目前的焊接方法中通常只有電子束焊接和激光焊接能滿足這一要求，但激光焊接的投資過于巨大，因而人們往往選擇電子束焊接。電子束焊接是指利用高能電子束轟擊焊縫材料表面，產生的熱量使得焊縫處需要焊接的一種或多種金屬熔化，從而完成焊接過程。

由于濺射靶材的工作環境為真空狀態下的高溫高壓，一般其工作溫度要高達300-400℃，而且靶材組件的背板一側充以冷卻水強冷，靶材一側則處在10^-9Pa的高真空下，因此在兩側形成了一個巨大的壓力差。如果焊縫存在較大或者較多的氣孔，則由于氣孔的隔熱作用使得氣孔周圍溫度急劇上升，明顯高于周邊區域，當溫度上升到鋁或者鋁合金的熔點后，有可能導致焊縫開裂，甚至導致靶材脫落損傷濺射機臺；此外，如果焊縫中氣孔比較多以致形成通孔，冷卻水會在壓力差作用下滲漏到另一側，損害濺射設備。由于濺射設備屬于昂貴的高精密設備，因此，電子束焊接時對焊縫中氣孔率的控制十分重要。

然而，當采用電子束焊接對高純度鋁或鋁合金靶材與高強度鋁背板進行焊接成形時，由于在前期的熔煉階段往往采取了各種手段，使得鋁或者鋁合金材料吸收的氫不能形成氣孔，而以氫原子的形式存在于鋁或者鋁合金材料中，當進行電子束焊接時，焊縫處的高溫給氫原子提供了足夠的能量，使其擴散到一起形成氣孔，同時由于焊縫處溫度升高，氫的溶解度急劇上升，焊縫周圍熱影響區內的氫原子也會向焊縫中擴散，再加上外界的水、有機物等分解出的氫也會被焊縫吸收，使得焊縫處的氫含量越聚越多。由于電子束焊接的速度較快，導致冷卻過程中聚集的氣泡來不及從焊縫中逸出，使得焊縫中往往會出現大量的密集型氣孔。

為了消除鋁或鋁合金在電子束焊接過程中產生的氣孔缺陷，現有技術公開了一些改進后的電子束焊接方法。例如CN1962153A公開了一種真空電子束焊接方法，在施行完第一次真空電子束焊接后進行真空保溫，促使熱影響區的氫原子大部分富集于焊縫并形成氣孔，再施行第二次真空電子束焊接去除這些氣孔，同時，對焊接完畢的靶材組件進行急冷淬火也防止少量剩余的氫原子擴散形成氣孔，從而能有效控制最終靶材組件焊縫中的氣孔率。

CN101690991A公開了一種鋁及鋁合金的超聲波輔助真空電子束焊接方法，在真空電子束焊接過程中施加一定頻率和振幅的結構負載超聲波能量，超聲波頻率為15～50kHz，振幅為10～50μm，對真空電子束焊接產生的熔池及其附近區域進行一定程度的連續振蕩，可在焊接過程中對氣孔、冷隔等空腔型缺陷進行有效消除，獲得優質的焊接接頭。

CN109604800A公開了一種可克服氣孔缺陷的鋁合金厚板真空電子束三步焊接方法，具體包括對鋁合金板的兩對焊面采用電子束進行上散焦預熱焊、大熔深穿孔焊、重熔修飾焊，其中，設定掃描圖形為“○”型，使得電子束在沿著焊縫方向移動時，在垂直焊縫方向上也作左右移動，大幅度降低了焊縫中所形成的氫氣孔，焊縫質量得到了大幅度的提高。