汽车用铝合金油冷器真空钎焊工艺研究

论文摘要

油冷器是汽车体的重要零配件,是保障汽车发动机安全运行及其寿命的重要零件,其结构复杂,如今市场上销售的主流油冷器,多是采用由多层密集排列的锯齿型错列翅片同底板连接而成的全铝整体焊接式复杂结构。该结构油冷器的优点在于体积小,重量轻,散热面积大,散热效率高。保证该复杂结构件的翅片同隔板、隔板同底板之间高质量的连接,是一个值得研究的科学问题。因为良好连接质量不但能够起到优良的散热作用,而且可以提高油冷器的使用寿命,降低汽车维修成本,提高汽车生产企业的竞争力,节约资源。鉴于油冷器的结构特点,本文选用真空钎焊工艺来实现该复杂结构件的连接。首先基于实际真空钎焊环境,采用大型有限元分析软件ANSYS,建立有限元模型,设置环境变量参数,模拟不同真空钎焊温度条件下,油冷器翅片和隔板之间的温度场分布,经过对模拟结果分析,确定实际钎焊工艺的温度范围。然后采用试验的方法,对多组油冷器工件进行炉中真空钎焊试验,分析试验结果,评价钎焊工艺对油冷器钎焊焊缝质量的影响。通过试验和数值模拟相结合的方法,探索出“渝-Ⅰ”型油冷器的最佳真空钎焊工艺为:炉膛设定最高温度625℃,保温时间4分钟。其次,本文研究了钎缝中未焊合、孔洞、夹渣、溶蚀以及金属间氧化物等缺陷的产生原因及控制因素。结果表明:当钎焊保温时间为定值时,钎焊温度是影响钎焊质量的主要因素,钎焊温度过低钎焊接头容易出现未焊合缺陷;反之,钎焊温度过高,钎焊接头中容易出现溶蚀缺陷。最后通过SEM分析了钎缝中Si元素的存在形态及扩散行为,结果表明,Si元素的存在形态及扩散行为强烈影响钎缝质量;溶蚀的本质是Si元素在钎焊温度阶段,以液态形式扩散进入母材晶界,随后在温度降低的过程中,又以针状固体形态凝固,从而产生了溶蚀。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 钎焊技术及铝合金钎焊的发展

1.2.1 钎焊技术

1.2.2 钎焊的分类

1.2.3 铝合金油冷器钎焊技术的发展

1.3 铝合金油冷器钎焊技术的研究现状

1.3.1 铝合金油冷器（NOCOLOK）钎焊法的研究现状

1.3.2 铝合金油冷器真空钎焊方法的研究现状

1.4 目前铝合金真空钎焊存在的问题

1.5 选题的目的和意义

1.6 本课题主要研究内容

1.7 本章小结

2 钎焊工艺及设备

2.1 真空钎焊设备

2.2 真空钎焊炉真空系统的工作原理

2.3 钎焊夹具的设计

2.4 铝合金真空钎焊工艺

2.4.1 表面氧化膜的清除

2.4.2 真空钎焊加热

2.4.3 铝合金真空钎焊保温

2.4.4 铝合金真空钎焊冷却

2.5 铝合金真空钎焊的去膜原理

2.6 铝合金真空钎焊用钎料

2.7 真空钎焊常见缺陷及产生原因

2.8 本章小结

3 数值模拟有限元分析及计算

3.1 数值模拟技术和ANSYS 软件简介

3.1.1 材料工程数值模拟技术

3.1.2 ANSYS 有限元软件

3.1.3 ANSYS 热分析

3.2 温度场计算的基本理论

3.2.1 热传导微分方程

3.2.2 温度场的边界条件

3.2.3 瞬态热传导问题

3.3 油冷器真空钎焊温度场有限元分析

3.3.1 真空钎焊过程传热分析

3.3.2 传热边界条件分析

3.3.3 有限元模型

3.3.4 施加载荷和求解计算

3.4 油冷器温度场模拟计算结果

3.4.1 “渝—I”型油冷器真空钎焊温度分布云图

3.5 本章小结

4 试验内容及过程

4.1 试验材料及设备

4.1.1 试验材料

4.1.2 试验设备

4.2 试验工艺

4.3 试验工序

4.3.1 焊前处理

4.3.2 真空钎焊试验操作过程

4.3.3 真空钎焊过程的质量控制

4.3.4 钎焊过程实际钎焊温度

4.4 水压试验

4.5 氦气检漏试验

4.6 SWAAT 海水盐雾腐蚀试验

4.7 钎缝微观组织分析

4.7.1 光学显微分析

4.7.2 扫描电镜（SEM）分析

4.8 本章小结

5 试验结果及分析

5.1 钎焊工件宏观分析

5.2 水压试验结果分析

5.3 氦气检漏试验结果分析

5.4 盐雾腐蚀试验结果分析

5.5 钎焊接头缺陷分析

5.5.1 钎料熔化不充分

5.5.2 接头中的未焊合

5.5.3 翅片和隔板T 型接头中的圆角成型不良

5.5.4 翅片搭接接头中的气孔

5.5.5 翅片搭接接头中的夹渣

5.5.6 翅片搭接接头中的溶蚀

5.5.7 翅片弯曲变形

5.6 钎焊接头组织分析

5.7 钎焊接头氧化物形成原因分析

5.8 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

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