本发明涉及金属材料加工领域，特别涉及一种用于板翅式油冷器真空钎焊的预置钎料不锈钢层状复合材料的制备及焊接方法。
背景技术：
板翅式油冷器主要由上下芯片(不锈钢)、翅片(spcc)和法兰组合钎焊而成。板翅式油冷器采用翅片提供二次传热面，当热流体通过一次传热面芯片和二次传热面翅片将热量传给冷流体水，高温机油因此而得到冷却。其中，芯片作为油冷器的主要部件，它的一侧与高温机油接触，另一侧与冷却水相接触，上下芯片装配组合并且多层堆叠后钎焊形成相对封闭的水道和油道，热量在水道与诱导间通过芯片传递，起到对热油进行冷却散热的作用；翅片装置在上下芯片之间，通过真空钎焊与芯片连接，它的形状复杂，整体呈脉冲波形，其作用是对六国的高温介质起到紊流作用，加强流体热交换效果，另一方面由于特殊的支撑结构也有效的提高了油道和水道的耐压能力；法兰连接在发动机与油冷器的进出油口位置，起到油路连接和介质密封的作用。
在板翅式油冷器产品的生产过程中，为了保证钎焊质量，首先对翅片、芯片等主要部件进行清洗，而后再进行叠片装配。
对清洁的零部件按照合片、叠片和装夹等步骤进行产品装配。合片过程依次按照上芯片、钎料箔、翅片+芯片垫块、下芯片配置钎料箔、合片的顺序进行单片组装；然后在单片凸台上配置凸台焊片、油口位置配置隔圈并完成叠片；最后利用压力机进行叠片产品的工装夹具装夹，产片装配后即可以送入真空炉中完成钎焊。
板翅式油冷器的生产涉及多层结构的叠合组装，因此受到生产设备及人工操作稳定性等因素的波动影响时，往往会使得产品无规律地出现钎缝无钎料的现象，从而大大降低了密封性能。传统的装配过程中需要保证每层钎料箔均安放到位，装配过程复杂，效率不高，一旦出错则造成产品报废。同时，对于一些小型的油冷器，在装配过程中多次叠放钎料箔更是对生产设备与工人技术的考验，因此，具有很高的不稳定性。往往造成产品的不稳定，对于产品性能提升的作用。
技术实现要素：
本发明的目的是要解决现有板翅式油冷器生产过程中存在钎料箔装配难度大、装配效率低、废品率高的问题，而提供一种预置钎料的不锈钢层状复合材料作板翅式油冷器的芯片材料制备方法及相应的焊接方法。
为了满足预置钎料复合材料连续化生产的需求，可采用轧制复合及涂覆焊膏的方式进行钎料预置，但复合材料在后期制作油冷器芯片的过程中需要经历冲制过程，采用焊膏涂覆成膜的方式进行的钎料预置，由于其成膜强度低、界面结合不足，容易在冲制过程中出现分层、剥离等情况，因此，通过轧制工艺将钎料箔负载于不锈钢基材之上，实现钎料箔与不锈钢芯片的预连接，一方面具有较好的界面结合强度使其在冲制过程中不分层、剥离，另一方面由于预先实现了钎料箔与单面基材的界面结合，使得钎料在焊接过程中只需满足对另一焊接面的充分润湿即可，同时由于可在预置钎料过程通过工艺控制形成界面层，该界面层可作为钎料凝固的形核位点，诱导形成取向的细晶粒，从而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接强度及更高的爆破压力。
根据本发明的第一目的，提供一种预置钎料不锈钢层状复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
第一步、表面处理；
1)将不锈钢板带与真空钎焊的钎料板带分别进行清洗以脱除表面油脂，清洗结束后通过热风将板带表面吹干；
2)将步骤1)清洗后的不锈钢板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra6.3；将钎料板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra12.5；打磨完成后，通过热水清洗板带表面，并通过热风吹干。
第二步、冷轧复合；
将经过打磨的不锈钢板带与钎料板带组配在一起，通过轧机冷轧，轧制变形量70％以上，预置钎料层厚度控制在100μm-50μm之间。
第三步、扩散退火，得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料；
退火气氛为氢气，退火炉炉温取950℃-1020℃，保温时间取0.5-1.5h，退火过程中保持板带张力在35-50mpa；
所述复合材料在不锈钢板带与钎料板带层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
优选地，所述清洗是指采用连续清洗机清洗两道以脱除表面油脂，其中：
第一道清洗，清洗剂由5-7％丙酮，15-20％乙酸，2-4％op-10、10-17％naoh以及50-70％蒸馏水配置而成，上述含量为质量百分含量；
第二道清洗，清洗剂为热水，比如80℃以上的热水。
优选地，所述不锈钢板带，其通过钢丝刷进行打磨粗糙。
优选地，所述钎料板带，其通过钢丝刷进行打磨粗糙。
优选地，所述不锈钢板带为304不锈钢板带。
优选地，所述钎料板带为紫铜。
由于可在钎焊过程中诱导取向细晶粒形成的界面层的形成，受板带复合前表面粗糙度的配合以及扩散退火机制共同影响，所以本发明上述制备方法设计了特定的表面粗糙度和扩散退火机制条件，以有利于后续焊接中界面层的形成，从而具有较好的界面结合强度，从而在冲制过程中不分层、剥离。
根据本发明第二目的，提供一种采用上述方法制备的预置钎料不锈钢层状复合材料，所述复合材料包括：不锈钢层、钎料层，所述不锈钢层为基材，所述钎料层通过轧制工艺负载于不锈钢层之上，所述不锈钢层、钎料层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
优选地，所述钎料层的厚度在100μm-50μm之间。
根据本发明的第三目的，提供一种上述预置钎料不锈钢层状复合材料的焊接方法，包括如下步骤：
步骤1、将所述预置钎料不锈钢层状复合材料冲制成所需的油冷器芯片；
步骤2、将油冷器芯片与翅片清洗并干燥后依次叠放，并装夹压紧；
步骤3、将步骤2装夹完成的板翅式不锈钢油冷器进行装炉，进行钎焊；
所述钎焊，具体如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以25-35k/分钟的升温速度升温至1060-1070℃，并保温32-45分钟；
2)以3-5k/分钟的升温速率升温至1080-1090℃，并保温15-20分钟；
3)以2-4k/分钟的升温速率升温至1100-1110℃，并保温28-32分钟；
4)停止保温，随炉冷却至880℃后，开启风冷强制冷却至50℃。
由于基于界面层的由钎料形成的取向细晶粒不仅取决于界面层形态，更受到钎焊工艺的影响。因此，本发明提出上述的预置钎料不锈钢层状复合材料的焊接方法。
本发明上述制备方法中，通过不锈钢板带及钎料板带表面粗糙度的优选与匹配，并配合轧制复合后的扩散退火机制，可在不锈钢基材与钎料层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，可在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成，从而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接强度及更高的爆破压力。因此，本发明即通过在复合过程中，调整复合工艺促使复合后不锈钢基材与钎料层间形成作为形核位点的界面层，从而达到提高钎焊后焊接强度的目的。
此外，板翅式油冷器的生产涉及多层结构的叠合组装，因此受到生产设备及人工操作稳定性等因素的波动影响时，往往会使得产品无规律地出现钎缝无钎料的现象，从而大大降低了密封性能。传统的装配过程中需要保证每层钎料箔均安放到位，装配过程复杂，效率不高，一旦出错则造成产品报废。同时，对于一些小型的油冷器，在装配过程中多次叠放钎料箔更是对生产设备与工人技术的考验，因此，具有很高的不稳定性，从而导致产品的不稳定。为解决此技术问题，本发明制备方法采用复合工艺进行预置钎料处理，可有效减少板翅式油冷器的叠合层数及叠合难度，进而提高生产效率及产品的稳定性。
进一步的，本发明采用轧制工艺进行钎料复合，相比于焊膏涂覆的钎料预置方式，具有在冲制过程中不易分离、剥落的特点，从而使得生产过程更加稳定。
本发明上述制备方法中的参数以及焊接方法中的参数条件，对于本发明解决上述技术问题和难题具有重要作用，能确保预置钎料与不锈钢基材接界面形成界面层，该界面层作为异相形核位点，在钎焊过程中诱导形成取向的细晶粒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的用于板翅式油冷器真空钎焊的预置钎料不锈钢层状复合材料、制备及焊接方法，解决了现有板翅式油冷器生产过程中存在钎料箔装配难度大、装配效率低、废品率高的问题；
同时，通过大量实验研究探索得到本发明的上述工艺条件，使得预置钎料与不锈钢基材接界面形成界面层，该界面层作为异相形核位点，在钎焊过程中诱导形成取向的细晶粒，从而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接强度及更高的爆破压力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例要制备的预置钎料不锈钢层状复合材料，通过在不锈钢板带与钎料板带层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。所述界面层的形成，受板带复合前表面粗糙度的配合以及扩散退火机制共同影响，因此，本实施例提供一种用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料的制备方法，其步骤如下：
1、表面处理
1)304不锈钢板带与真空钎焊钎料板带分别通过连续清洗机清洗两道脱除表面油脂，第一道清洗剂由质量比5％丙酮，15％乙酸，2％op-10、10％naoh以及68％蒸馏水配置而成，第二道清洗剂为热水，清洗结束后通过热风将板带表面吹干；本步骤中，热水、热风的温度可以根据实际情况选择，比如热水温度为80℃以上、热风的温度为60-70℃等，均可以；
2)通过钢丝刷将304不锈钢板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra6.3；通过钢丝刷将钎料板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra12.5；打磨完成后，通过热水清洗板带表面，并通过热风吹干。
2、冷轧复合
将经过钢刷打磨的不锈钢板带与钎料板带组配在一起，通过轧机冷轧，轧制变形量75％，预置钎料层厚度控制在100μm-90μm之间。
3、扩散退火
退火气氛为氢气，退火炉炉温取1020℃，保温时间取0.5h，退火过程中保持板带张力在40mpa。
本实施例中，优选采用紫铜作为真空钎焊钎料板带。
通过上述方法得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料，所述复合材料包括：不锈钢层、钎料层，所述不锈钢层为基材，所述钎料层通过轧制工艺负载于不锈钢层之上，所述不锈钢层、钎料层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
由于基于界面层的由钎料形成的取向细晶粒不仅取决于界面层形态，更受到钎焊工艺的影响，因此，与上述用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料匹配的，本实施例中还提供一种上述复合材料的焊接工艺，步骤如下：
1、将所述预置钎料不锈钢层状复合材料冲制成所需的芯片；
2、将芯片与翅片清洗并干燥后依次叠放，并装夹压紧，得到装夹完成的板翅式不锈钢油冷器；
3、将装夹完成的板翅式不锈钢油冷器进行装炉，进行钎焊；
所述钎焊工艺如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以25k/分钟的升温速度升温至1060℃，并保温32分钟；
2)以3k/分钟的升温速率升温至1080℃，并保温15分钟；
3)以2k/分钟的升温速率升温至1100℃，并保温28分钟；
4)停止保温，随炉冷却至880℃后，开启风冷强制冷却至50℃；
上述实施例的参数非常重要，可以确保在不锈钢板带与钎料板带层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
通过本实施例所述不锈钢基材与钎料的复合工艺(制备方法)，以及后续的真空钎焊工艺，可以得到板翅式油冷器，该板翅式油冷器通过密封性测试，并且爆破压力强度高达14.3mpa，爆破压力强度远远优于现有技术。
实施例2：
本实施例提供一种用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料的制备方法，步骤如下：
1、表面处理
1)304不锈钢板带与真空钎焊钎料板带通过连续清洗机清洗两道脱除表面油脂，第一道清洗剂由质量比7％丙酮，20％乙酸，4％op-10、17％naoh以及52％蒸馏水配置而成，第二道清洗剂为热水，清洗结束后通过热风将板带表面吹干；所述真空钎焊钎料板带为紫铜。
2)通过钢丝刷将304不锈钢板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra6.3；通过钢丝刷将钎料板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra12.5；打磨完成后，通过热水清洗板带表面，并通过热风吹干。
2、冷轧复合；
将经过钢刷打磨的不锈钢板带与钎料板带组配在一起，通过轧机冷轧，轧制变形量80％，预置钎料层厚度控制在80μm-70μm之间。
3、扩散退火；
退火气氛为氢气，退火炉炉温取1000℃，保温时间取1h，退火过程中保持板带张力在35mpa。
通过上述方法得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料，所述复合材料包括：不锈钢层、钎料层，所述不锈钢层为基材，所述钎料层通过轧制工艺负载于不锈钢层之上，所述不锈钢层、钎料层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
与上述用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料匹配的，本实施例中还提供一种上述复合材料的焊接工艺，步骤如下：
1、将所述预置钎料不锈钢层状复合材料冲制成所需的芯片；
2、将所述芯片与翅片清洗并干燥后依次叠放，并装夹压紧，得到装夹完成的板翅式不锈钢油冷器；
3、将装夹完成的板翅式不锈钢油冷器进行装炉，进行钎焊；
所述钎焊工艺如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以35k/分钟的升温速度升温至1070℃，并保温45分钟；
2)以5k/分钟的升温速率升温至1090℃，并保温20分钟；
3)以4k/分钟的升温速率升温至1110℃，并保温32分钟；
4)停止保温，随炉冷却至880℃后，开启风冷强制冷却至50℃
通过本实施例所述不锈钢基材与钎料的复合工艺(制备方法)，以及后续的真空钎焊工艺，可以得到板翅式油冷器，该板翅式油冷器通过密封性测试，并且爆破压力强度高达15.2mpa，爆破压力强度远远优于现有技术。
实施例3：
本实施例提供一种用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料的制备方法，步骤如下：
1、表面处理
1)304不锈钢板带与真空钎焊钎料板带通过连续清洗机清洗两道脱除表面油脂，第一道清洗剂由质量比6％丙酮，17％乙酸，3％op-10、13％naoh以及61％蒸馏水配置而成，第二道清洗剂为热水，清洗结束后通过热风将板带表面吹干；所述真空钎焊钎料板带为紫铜。
2)通过钢丝刷将304不锈钢板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra6.3；通过钢丝刷将钎料板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra12.5；打磨完成后，通过热水清洗板带表面，并通过热风吹干。
2、冷轧复合；
将经过钢刷打磨的不锈钢板带与钎料板带组配在一起，通过轧机冷轧，轧制变形量85％，预置钎料层厚度控制在60μm-50μm之间。
3、扩散退火；
退火气氛为氢气，退火炉炉温取950℃，保温时间取1.5h，退火过程中保持板带张力在50mpa。
通过上述方法得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料，其结构与实施例1、2相同，在所述不锈钢层、钎料层间形成界面层，该界面层作为钎料凝固的异相形核位点，能在钎焊过程中诱导取向细晶粒的形成。
相应的，上述预置钎料不锈钢层状复合材料的焊接工艺，步骤如下：
1、将所述预置钎料不锈钢层状复合材料冲制成所需的芯片；
2、将所述芯片与翅片清洗并干燥后依次叠放，并装夹压紧，得到装夹完成的板翅式不锈钢油冷器；
3、将装夹完成的板翅式不锈钢油冷器进行装炉，进行钎焊；
所述钎焊工艺如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以30k/分钟的升温速度升温至1065℃，并保温40分钟；
2)以4k/分钟的升温速率升温至1085℃，并保温18分钟；
3)以3k/分钟的升温速率升温至1105℃，并保温30分钟；
4)停止保温，随炉冷却至880℃后，开启风冷强制冷却至50℃。
通过本实施例所述不锈钢基材与钎料的备方法，以及后续的真空钎焊工艺，可以得到板翅式油冷器，该板翅式油冷器通过密封性测试，并且爆破压力强度高达13.2mpa，爆破压力强度远远优于现有技术。
对比例1：
基于本发明上述的焊接工艺，本对比例采用一种常用材料制备板翅式油冷器的焊接工艺，步骤如下：
1、将所述不锈钢板带分别冲制成所需的芯片；
2、将芯片、钎料片与翅片清洗并干燥后依次叠放，并装夹压紧；
3、将装夹完成的板翅式不锈钢油冷器进行装炉，进行钎焊；
钎焊工艺如下：
1)在真空度不低于1×102-pa下，以35k/分钟的升温速度升温至1060℃，并保温32分钟；
2)以3k/分钟的升温速率升温至1080℃，并保温15分钟；
3)以2k/分钟的升温速率升温至1100℃，并保温28分钟；
4)停止保温，随炉冷却至880℃后，开启风冷强制冷却至50℃；
该对比例所得板翅式油冷器通过密封性测试，爆破压力强度为10.2mpa。
由上述对比可以看出，该焊接工艺因未采用本发明所述预置钎料不锈钢层状复合材料，而仅仅将芯片、钎料片以及翅片依次叠合并进行钎焊，所得油冷器的爆破压力强度将至10.2mpa，相对与本发明的爆破压力强度，明显要差很多。
对比例2：
基于本发明上述的方法，本对比例提供一种用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢材料的制备方法，步骤如下：
1、表面处理
1)304不锈钢板带通过连续清洗机清洗两道脱除表面油脂，第一道清洗剂由5％丙酮，20％乙酸，2％op-10、10％naoh以及蒸馏水配置而成，第二道清洗剂为热水，清洗结束后通过热风将板带表面吹干；
2)通过钢丝刷将304不锈钢板带表面打磨粗糙，使其表面粗糙度达到ra6.3；打磨完成后，通过热水清洗板带表面，并通过热风吹干。
2、焊膏辊涂，固含量为90％的镍基焊膏通过辊涂于经过清洗的不锈钢板带表面。
3、高温干燥，通过红外加热令镍基焊膏中的可挥发溶剂除去。
采用上述的用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢材料，在制备板翅式油冷器的第一个步骤，即将预置钎料的不锈钢带材冲制成所需的芯片时，出现了焊膏层的分离与剥落的情况，因而无法进行后续作业。
通过上述的本发明实施例和对比例可以看出，本发明通过不锈钢板带及钎料板带表面粗糙度的优选与匹配，并配合轧制复合后的扩散退火机制，得到用于板翅式油冷器的预置钎料不锈钢层状复合材料，该材料的利用能解决了现有板翅式油冷器生产过程中存在钎料箔装配难度大、装配效率低、废品率高的问题；
本发明的上述工艺条件，使得预置钎料与不锈钢基材接界面形成界面层，该界面层作为异相形核位点，在钎焊过程中诱导形成取向的细晶粒，从而使得所得板翅式油冷器具有更好的焊接强度及更高的爆破压力，如上述实施例所示，油冷器的爆破压力强度最高可达15.2mpa。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。