本發明涉及金屬材料加工領域，特別涉及一種用于板翅式油冷器真空釬焊的預置釬料不銹鋼層狀復合材料的制備及焊接方法。
背景技術：
板翅式油冷器主要由上下芯片(不銹鋼)、翅片(spcc)和法蘭組合釬焊而成。板翅式油冷器采用翅片提供二次傳熱面，當熱流體通過一次傳熱面芯片和二次傳熱面翅片將熱量傳給冷流體水，高溫機油因此而得到冷卻。其中，芯片作為油冷器的主要部件，它的一側與高溫機油接觸，另一側與冷卻水相接觸，上下芯片裝配組合并且多層堆疊后釬焊形成相對封閉的水道和油道，熱量在水道與誘導間通過芯片傳遞，起到對熱油進行冷卻散熱的作用；翅片裝置在上下芯片之間，通過真空釬焊與芯片連接，它的形狀復雜，整體呈脈沖波形，其作用是對六國的高溫介質起到紊流作用，加強流體熱交換效果，另一方面由于特殊的支撐結構也有效的提高了油道和水道的耐壓能力；法蘭連接在發動機與油冷器的進出油口位置，起到油路連接和介質密封的作用。
在板翅式油冷器產品的生產過程中，為了保證釬焊質量，首先對翅片、芯片等主要部件進行清洗，而后再進行疊片裝配。
對清潔的零部件按照合片、疊片和裝夾等步驟進行產品裝配。合片過程依次按照上芯片、釬料箔、翅片+芯片墊塊、下芯片配置釬料箔、合片的順序進行單片組裝；然后在單片凸臺上配置凸臺焊片、油口位置配置隔圈并完成疊片；最后利用壓力機進行疊片產品的工裝夾具裝夾，產片裝配后即可以送入真空爐中完成釬焊。
板翅式油冷器的生產涉及多層結構的疊合組裝，因此受到生產設備及人工操作穩定性等因素的波動影響時，往往會使得產品無規律地出現釬縫無釬料的現象，從而大大降低了密封性能。傳統的裝配過程中需要保證每層釬料箔均安放到位，裝配過程復雜，效率不高，一旦出錯則造成產品報廢。同時，對于一些小型的油冷器，在裝配過程中多次疊放釬料箔更是對生產設備與工人技術的考驗，因此，具有很高的不穩定性。往往造成產品的不穩定，對于產品性能提升的作用。
技術實現要素：
本發明的目的是要解決現有板翅式油冷器生產過程中存在釬料箔裝配難度大、裝配效率低、廢品率高的問題，而提供一種預置釬料的不銹鋼層狀復合材料作板翅式油冷器的芯片材料制備方法及相應的焊接方法。
為了滿足預置釬料復合材料連續化生產的需求，可采用軋制復合及涂覆焊膏的方式進行釬料預置，但復合材料在后期制作油冷器芯片的過程中需要經歷沖制過程，采用焊膏涂覆成膜的方式進行的釬料預置，由于其成膜強度低、界面結合不足，容易在沖制過程中出現分層、剝離等情況，因此，通過軋制工藝將釬料箔負載于不銹鋼基材之上，實現釬料箔與不銹鋼芯片的預連接，一方面具有較好的界面結合強度使其在沖制過程中不分層、剝離，另一方面由于預先實現了釬料箔與單面基材的界面結合，使得釬料在焊接過程中只需滿足對另一焊接面的充分潤濕即可，同時由于可在預置釬料過程通過工藝控制形成界面層，該界面層可作為釬料凝固的形核位點，誘導形成取向的細晶粒，從而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接強度及更高的爆破壓力。
根據本發明的第一目的，提供一種預置釬料不銹鋼層狀復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：
第一步、表面處理；
1)將不銹鋼板帶與真空釬焊的釬料板帶分別進行清洗以脫除表面油脂，清洗結束后通過熱風將板帶表面吹干；
2)將步驟1)清洗后的不銹鋼板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra6.3；將釬料板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra12.5；打磨完成后，通過熱水清洗板帶表面，并通過熱風吹干。
第二步、冷軋復合；
將經過打磨的不銹鋼板帶與釬料板帶組配在一起，通過軋機冷軋，軋制變形量70％以上，預置釬料層厚度控制在100μm-50μm之間。
第三步、擴散退火，得到用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料；
退火氣氛為氫氣，退火爐爐溫取950℃-1020℃，保溫時間取0.5-1.5h，退火過程中保持板帶張力在35-50mpa；
所述復合材料在不銹鋼板帶與釬料板帶層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
優選地，所述清洗是指采用連續清洗機清洗兩道以脫除表面油脂，其中：
第一道清洗，清洗劑由5-7％丙酮，15-20％乙酸，2-4％op-10、10-17％naoh以及50-70％蒸餾水配置而成，上述含量為質量百分含量；
第二道清洗，清洗劑為熱水，比如80℃以上的熱水。
優選地，所述不銹鋼板帶，其通過鋼絲刷進行打磨粗糙。
優選地，所述釬料板帶，其通過鋼絲刷進行打磨粗糙。
優選地，所述不銹鋼板帶為304不銹鋼板帶。
優選地，所述釬料板帶為紫銅。
由于可在釬焊過程中誘導取向細晶粒形成的界面層的形成，受板帶復合前表面粗糙度的配合以及擴散退火機制共同影響，所以本發明上述制備方法設計了特定的表面粗糙度和擴散退火機制條件，以有利于后續焊接中界面層的形成，從而具有較好的界面結合強度，從而在沖制過程中不分層、剝離。
根據本發明第二目的，提供一種采用上述方法制備的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，所述復合材料包括：不銹鋼層、釬料層，所述不銹鋼層為基材，所述釬料層通過軋制工藝負載于不銹鋼層之上，所述不銹鋼層、釬料層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
優選地，所述釬料層的厚度在100μm-50μm之間。
根據本發明的第三目的，提供一種上述預置釬料不銹鋼層狀復合材料的焊接方法，包括如下步驟：
步驟1、將所述預置釬料不銹鋼層狀復合材料沖制成所需的油冷器芯片；
步驟2、將油冷器芯片與翅片清洗并干燥后依次疊放，并裝夾壓緊；
步驟3、將步驟2裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器進行裝爐，進行釬焊；
所述釬焊，具體如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以25-35k/分鐘的升溫速度升溫至1060-1070℃，并保溫32-45分鐘；
2)以3-5k/分鐘的升溫速率升溫至1080-1090℃，并保溫15-20分鐘；
3)以2-4k/分鐘的升溫速率升溫至1100-1110℃，并保溫28-32分鐘；
4)停止保溫，隨爐冷卻至880℃后，開啟風冷強制冷卻至50℃。
由于基于界面層的由釬料形成的取向細晶粒不僅取決于界面層形態，更受到釬焊工藝的影響。因此，本發明提出上述的預置釬料不銹鋼層狀復合材料的焊接方法。
本發明上述制備方法中，通過不銹鋼板帶及釬料板帶表面粗糙度的優選與匹配，并配合軋制復合后的擴散退火機制，可在不銹鋼基材與釬料層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，可在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成，從而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接強度及更高的爆破壓力。因此，本發明即通過在復合過程中，調整復合工藝促使復合后不銹鋼基材與釬料層間形成作為形核位點的界面層，從而達到提高釬焊后焊接強度的目的。
此外，板翅式油冷器的生產涉及多層結構的疊合組裝，因此受到生產設備及人工操作穩定性等因素的波動影響時，往往會使得產品無規律地出現釬縫無釬料的現象，從而大大降低了密封性能。傳統的裝配過程中需要保證每層釬料箔均安放到位，裝配過程復雜，效率不高，一旦出錯則造成產品報廢。同時，對于一些小型的油冷器，在裝配過程中多次疊放釬料箔更是對生產設備與工人技術的考驗，因此，具有很高的不穩定性，從而導致產品的不穩定。為解決此技術問題，本發明制備方法采用復合工藝進行預置釬料處理，可有效減少板翅式油冷器的疊合層數及疊合難度，進而提高生產效率及產品的穩定性。
進一步的，本發明采用軋制工藝進行釬料復合，相比于焊膏涂覆的釬料預置方式，具有在沖制過程中不易分離、剝落的特點，從而使得生產過程更加穩定。
本發明上述制備方法中的參數以及焊接方法中的參數條件，對于本發明解決上述技術問題和難題具有重要作用，能確保預置釬料與不銹鋼基材接界面形成界面層，該界面層作為異相形核位點，在釬焊過程中誘導形成取向的細晶粒。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
本發明提供的用于板翅式油冷器真空釬焊的預置釬料不銹鋼層狀復合材料、制備及焊接方法，解決了現有板翅式油冷器生產過程中存在釬料箔裝配難度大、裝配效率低、廢品率高的問題；
同時，通過大量實驗研究探索得到本發明的上述工藝條件，使得預置釬料與不銹鋼基材接界面形成界面層，該界面層作為異相形核位點，在釬焊過程中誘導形成取向的細晶粒，從而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接強度及更高的爆破壓力。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
實施例1：
本實施例要制備的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，通過在不銹鋼板帶與釬料板帶層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。所述界面層的形成，受板帶復合前表面粗糙度的配合以及擴散退火機制共同影響，因此，本實施例提供一種用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料的制備方法，其步驟如下：
1、表面處理
1)304不銹鋼板帶與真空釬焊釬料板帶分別通過連續清洗機清洗兩道脫除表面油脂，第一道清洗劑由質量比5％丙酮，15％乙酸，2％op-10、10％naoh以及68％蒸餾水配置而成，第二道清洗劑為熱水，清洗結束后通過熱風將板帶表面吹干；本步驟中，熱水、熱風的溫度可以根據實際情況選擇，比如熱水溫度為80℃以上、熱風的溫度為60-70℃等，均可以；
2)通過鋼絲刷將304不銹鋼板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra6.3；通過鋼絲刷將釬料板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra12.5；打磨完成后，通過熱水清洗板帶表面，并通過熱風吹干。
2、冷軋復合
將經過鋼刷打磨的不銹鋼板帶與釬料板帶組配在一起，通過軋機冷軋，軋制變形量75％，預置釬料層厚度控制在100μm-90μm之間。
3、擴散退火
退火氣氛為氫氣，退火爐爐溫取1020℃，保溫時間取0.5h，退火過程中保持板帶張力在40mpa。
本實施例中，優選采用紫銅作為真空釬焊釬料板帶。
通過上述方法得到用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，所述復合材料包括：不銹鋼層、釬料層，所述不銹鋼層為基材，所述釬料層通過軋制工藝負載于不銹鋼層之上，所述不銹鋼層、釬料層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
由于基于界面層的由釬料形成的取向細晶粒不僅取決于界面層形態，更受到釬焊工藝的影響，因此，與上述用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料匹配的，本實施例中還提供一種上述復合材料的焊接工藝，步驟如下：
1、將所述預置釬料不銹鋼層狀復合材料沖制成所需的芯片；
2、將芯片與翅片清洗并干燥后依次疊放，并裝夾壓緊，得到裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器；
3、將裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器進行裝爐，進行釬焊；
所述釬焊工藝如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以25k/分鐘的升溫速度升溫至1060℃，并保溫32分鐘；
2)以3k/分鐘的升溫速率升溫至1080℃，并保溫15分鐘；
3)以2k/分鐘的升溫速率升溫至1100℃，并保溫28分鐘；
4)停止保溫，隨爐冷卻至880℃后，開啟風冷強制冷卻至50℃；
上述實施例的參數非常重要，可以確保在不銹鋼板帶與釬料板帶層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
通過本實施例所述不銹鋼基材與釬料的復合工藝(制備方法)，以及后續的真空釬焊工藝，可以得到板翅式油冷器，該板翅式油冷器通過密封性測試，并且爆破壓力強度高達14.3mpa，爆破壓力強度遠遠優于現有技術。
實施例2：
本實施例提供一種用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料的制備方法，步驟如下：
1、表面處理
1)304不銹鋼板帶與真空釬焊釬料板帶通過連續清洗機清洗兩道脫除表面油脂，第一道清洗劑由質量比7％丙酮，20％乙酸，4％op-10、17％naoh以及52％蒸餾水配置而成，第二道清洗劑為熱水，清洗結束后通過熱風將板帶表面吹干；所述真空釬焊釬料板帶為紫銅。
2)通過鋼絲刷將304不銹鋼板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra6.3；通過鋼絲刷將釬料板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra12.5；打磨完成后，通過熱水清洗板帶表面，并通過熱風吹干。
2、冷軋復合；
將經過鋼刷打磨的不銹鋼板帶與釬料板帶組配在一起，通過軋機冷軋，軋制變形量80％，預置釬料層厚度控制在80μm-70μm之間。
3、擴散退火；
退火氣氛為氫氣，退火爐爐溫取1000℃，保溫時間取1h，退火過程中保持板帶張力在35mpa。
通過上述方法得到用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，所述復合材料包括：不銹鋼層、釬料層，所述不銹鋼層為基材，所述釬料層通過軋制工藝負載于不銹鋼層之上，所述不銹鋼層、釬料層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
與上述用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料匹配的，本實施例中還提供一種上述復合材料的焊接工藝，步驟如下：
1、將所述預置釬料不銹鋼層狀復合材料沖制成所需的芯片；
2、將所述芯片與翅片清洗并干燥后依次疊放，并裝夾壓緊，得到裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器；
3、將裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器進行裝爐，進行釬焊；
所述釬焊工藝如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以35k/分鐘的升溫速度升溫至1070℃，并保溫45分鐘；
2)以5k/分鐘的升溫速率升溫至1090℃，并保溫20分鐘；
3)以4k/分鐘的升溫速率升溫至1110℃，并保溫32分鐘；
4)停止保溫，隨爐冷卻至880℃后，開啟風冷強制冷卻至50℃
通過本實施例所述不銹鋼基材與釬料的復合工藝(制備方法)，以及后續的真空釬焊工藝，可以得到板翅式油冷器，該板翅式油冷器通過密封性測試，并且爆破壓力強度高達15.2mpa，爆破壓力強度遠遠優于現有技術。
實施例3：
本實施例提供一種用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料的制備方法，步驟如下：
1、表面處理
1)304不銹鋼板帶與真空釬焊釬料板帶通過連續清洗機清洗兩道脫除表面油脂，第一道清洗劑由質量比6％丙酮，17％乙酸，3％op-10、13％naoh以及61％蒸餾水配置而成，第二道清洗劑為熱水，清洗結束后通過熱風將板帶表面吹干；所述真空釬焊釬料板帶為紫銅。
2)通過鋼絲刷將304不銹鋼板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra6.3；通過鋼絲刷將釬料板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra12.5；打磨完成后，通過熱水清洗板帶表面，并通過熱風吹干。
2、冷軋復合；
將經過鋼刷打磨的不銹鋼板帶與釬料板帶組配在一起，通過軋機冷軋，軋制變形量85％，預置釬料層厚度控制在60μm-50μm之間。
3、擴散退火；
退火氣氛為氫氣，退火爐爐溫取950℃，保溫時間取1.5h，退火過程中保持板帶張力在50mpa。
通過上述方法得到用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，其結構與實施例1、2相同，在所述不銹鋼層、釬料層間形成界面層，該界面層作為釬料凝固的異相形核位點，能在釬焊過程中誘導取向細晶粒的形成。
相應的，上述預置釬料不銹鋼層狀復合材料的焊接工藝，步驟如下：
1、將所述預置釬料不銹鋼層狀復合材料沖制成所需的芯片；
2、將所述芯片與翅片清洗并干燥后依次疊放，并裝夾壓緊，得到裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器；
3、將裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器進行裝爐，進行釬焊；
所述釬焊工藝如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以30k/分鐘的升溫速度升溫至1065℃，并保溫40分鐘；
2)以4k/分鐘的升溫速率升溫至1085℃，并保溫18分鐘；
3)以3k/分鐘的升溫速率升溫至1105℃，并保溫30分鐘；
4)停止保溫，隨爐冷卻至880℃后，開啟風冷強制冷卻至50℃。
通過本實施例所述不銹鋼基材與釬料的備方法，以及后續的真空釬焊工藝，可以得到板翅式油冷器，該板翅式油冷器通過密封性測試，并且爆破壓力強度高達13.2mpa，爆破壓力強度遠遠優于現有技術。
對比例1：
基于本發明上述的焊接工藝，本對比例采用一種常用材料制備板翅式油冷器的焊接工藝，步驟如下：
1、將所述不銹鋼板帶分別沖制成所需的芯片；
2、將芯片、釬料片與翅片清洗并干燥后依次疊放，并裝夾壓緊；
3、將裝夾完成的板翅式不銹鋼油冷器進行裝爐，進行釬焊；
釬焊工藝如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以35k/分鐘的升溫速度升溫至1060℃，并保溫32分鐘；
2)以3k/分鐘的升溫速率升溫至1080℃，并保溫15分鐘；
3)以2k/分鐘的升溫速率升溫至1100℃，并保溫28分鐘；
4)停止保溫，隨爐冷卻至880℃后，開啟風冷強制冷卻至50℃；
該對比例所得板翅式油冷器通過密封性測試，爆破壓力強度為10.2mpa。
由上述對比可以看出，該焊接工藝因未采用本發明所述預置釬料不銹鋼層狀復合材料，而僅僅將芯片、釬料片以及翅片依次疊合并進行釬焊，所得油冷器的爆破壓力強度將至10.2mpa，相對與本發明的爆破壓力強度，明顯要差很多。
對比例2：
基于本發明上述的方法，本對比例提供一種用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼材料的制備方法，步驟如下：
1、表面處理
1)304不銹鋼板帶通過連續清洗機清洗兩道脫除表面油脂，第一道清洗劑由5％丙酮，20％乙酸，2％op-10、10％naoh以及蒸餾水配置而成，第二道清洗劑為熱水，清洗結束后通過熱風將板帶表面吹干；
2)通過鋼絲刷將304不銹鋼板帶表面打磨粗糙，使其表面粗糙度達到ra6.3；打磨完成后，通過熱水清洗板帶表面，并通過熱風吹干。
2、焊膏輥涂，固含量為90％的鎳基焊膏通過輥涂于經過清洗的不銹鋼板帶表面。
3、高溫干燥，通過紅外加熱令鎳基焊膏中的可揮發溶劑除去。
采用上述的用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼材料，在制備板翅式油冷器的第一個步驟，即將預置釬料的不銹鋼帶材沖制成所需的芯片時，出現了焊膏層的分離與剝落的情況，因而無法進行后續作業。
通過上述的本發明實施例和對比例可以看出，本發明通過不銹鋼板帶及釬料板帶表面粗糙度的優選與匹配，并配合軋制復合后的擴散退火機制，得到用于板翅式油冷器的預置釬料不銹鋼層狀復合材料，該材料的利用能解決了現有板翅式油冷器生產過程中存在釬料箔裝配難度大、裝配效率低、廢品率高的問題；
本發明的上述工藝條件，使得預置釬料與不銹鋼基材接界面形成界面層，該界面層作為異相形核位點，在釬焊過程中誘導形成取向的細晶粒，從而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接強度及更高的爆破壓力，如上述實施例所示，油冷器的爆破壓力強度最高可達15.2mpa。
以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。