铝合金散热器线性摩擦焊接制造方法与流程

本发明属于铝合金散热器制造领域，特别是涉及一种铝合金散热器线性摩擦焊制造方法。

背景技术：

铝合金散热器作为高速列车、城轨、汽车等车辆的重要部件，现有铝合金散热器主要采用铝合金板粘接工艺、钎焊工艺和挤压型材整体制造的方法进行制备

采用铝合金板粘接工艺的制造方法，粘接位置强度较低，当铝合金散热器温度较高时粘接强度下降明显，容易出现散热板脱落的现象，并且所使用粘接剂受制于国外技术封锁，成本高昂，而且所制造的散热器散热效果较差。

采用钎焊的方法进行铝合金散热器制造，需要大量的高温钎料，加工制造成本高昂，而且焊接接头强度较低，易存在较多的气孔缺陷，并且生产效率较低。

采用挤压型材整体制造的方法进行铝合金散热器制造，不但前期挤压型材制备难度较大，而且还需要通过搅拌焊、氩弧焊等焊接方法将小尺寸的型材拼接成为满足使用要求的铝合金散热器，产生效率较低，成本较高，并且采用熔焊的方法容易产生有毒气体，严重危害操作人员身体健康。

这些方法不但生产成本高、散热效率较低，而且生产效率低，散热器粘接和焊接位置连接强度低，气孔多，容易在服役过程中出现开裂损坏的情况，严重阻碍了高质量、高效率的铝合金散热器生产制造。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝合金散热器线性摩擦焊制造方法，实现多块铝合金散热板一次焊接成形，极大提升生产效率，同时降低生产成本，并且焊接接头质量较高。

本发明采用如下技术方案：

一种铝合金散热器线性摩擦焊接制造方法，包括以下步骤：

a)焊前准备：铝合金散热基板3装夹在线性摩擦焊机振动侧2的夹具中，铝合金散热板4装夹在线性摩擦焊机移动侧5的夹具中，调整夹具和工件定位垫，使铝合金散热基板3和铝合金散热板4焊接端面沿线性摩擦焊机振动方向相互平行，采用砂纸和乙醇去除焊接端面的铝合金氧化膜、杂质和油污；

b)开始焊接：启动焊接程序，开始进行线性摩擦焊接，焊接过程主要分为四个阶段：

①初始阶段：启动焊接程序以后，在振动油缸1的作用下，铝合金散热基板3做往复直线运动，铝合金散热板4在顶锻油缸6的作用下向振动侧2前进，铝合金散热基板3和铝合金散热板4的焊接端面逐渐接触并开始相互摩擦，产生热量；

②过渡阶段：随着步骤①过程的进行，铝合金散热基板3和铝合金散热板4的焊接端面完全接触，摩擦功率在逐渐增大，焊接界面温度逐渐升高，并向两侧传递，在焊接界面处开始形成一层高温粘塑性金属层；

③稳定摩擦阶段：当步骤②过程中形成的高温粘塑性金属层逐渐包裹整个焊接界面后，焊接过程进入稳定摩擦阶段，热量产生均匀稳定，在轴向压力和摩擦力的作用下，焊接界面氧化物和杂质夹杂在塑性金属中被挤出形成飞边，焊接工件轴向缩短量开始增加；

④顶锻阶段：当运行到焊接程序中的设定程序时，振动侧铝合金散热基板3迅速回零对中并停止往复直线运动，同时施加顶锻压力并保持30s，焊接界面高温粘塑性金属在轴向压力的作用下发生元素扩散、相变和再结晶过程，形成高质量的线性摩擦焊铝合金散热器焊接接头；

⑤松开夹具，移动侧5向后运动，取出铝合金散热器，结束焊接过程。

所述的铝合金散热基板3焊接端面第一种形式：铝合金散热基板1的焊接端面为凹槽式，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，铝合金散热板3的焊接端面插入铝合金散热基板1的凹槽中，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

所述的铝合金散热基板3焊接端面第二种形式：铝合金散热基板1的焊接端面为平面式，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

所述的铝合金散热基板3焊接端面第三种形式：铝合金散热基板1的焊接端面为凸台结构，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，铝合金散热板3的焊接端面和铝合金散热基板1的凸台相对应，互为摩擦面，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

所述移动侧5中的夹具可以夹持并固定铝合金散热板4，并可以保护铝合金散热板4在焊接过程中不发生变形。

所述的振动侧2中的夹具可以夹持铝合金散热基板3，并使铝合金基板3做往复直线运动。

本发明方法技术效果：

本发明提供一种铝合金散热器线性摩擦焊接制造方法，线性摩擦焊接属于固相焊接方法，焊接过程中焊接面材料不融化，焊接接头质量高，无气孔、夹渣、裂纹等焊接缺陷；焊接过程在接头区域发生再结晶过程，接头形成等轴细晶组织，接头性能显著提高，抗拉强度可达到母材70％。

2.焊接过程自动化程度高，人为干扰因素较少，焊接过程可实现完全自动化，便于工业生产应用。

3.节约成本，提高生产效率，多块散热板可一次焊接成形，每次焊接时间5s左右，可显著提升生产效率。

4.绿色环保无污染，焊接过程中不会产生有毒气体，不须保护气氛，不须任何添加剂，对焊接端面质量要求较低。

本发明利用线性摩擦焊接方法进行铝合金散热器制造，效率高，成本低，自动化程度高，便于工业应用。

附图说明

图1为本发明的铝合金散热器线性摩擦焊接过程示意图

图2为本发明的铝合金散热基板第一种焊接端面的俯视图

图3为本发明的铝合金散热基板第二种焊接端面的俯视图

图4为本发明的铝合金散热基板第三种焊接端面的俯视图

具体实施方式：

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明提供一种铝合金散热器线性摩擦焊接方法，包括以下步骤：

1)焊前准备：如图1所示，线性摩擦焊机主要包括振动油缸1，振动侧2，铝合金散热器基板3，铝合金散热板4，移动侧5，顶锻油缸6，油缸座7和底座8。线性摩擦焊接前将铝合金散热基板3装夹在线性摩擦焊机振动侧2的夹具中，将铝合金散热板4装夹在线性摩擦焊机移动侧5的夹具中，调整夹具和工件定位精度，使铝合金散热基板3和铝合金散热板4焊接端面沿线性摩擦焊机振动方向相互平行，并用砂纸和乙醇去除焊接端面的铝合金氧化膜、杂质和油污。

2)开始焊接：启动焊接程序，开始进行线性摩擦焊接，根据线性摩擦焊接特点，焊接过程主要分为四个阶段：

①初始阶段：启动焊接程序以后，在振动油缸1的作用下，铝合金散热基板3做往复直线运动，铝合金散热板4在顶锻油缸6的作用下向振动侧2前进，铝合金散热基板3和铝合金散热板4的焊接端面逐渐接触并开始相互摩擦，产生热量。

②过渡阶段：随着步骤①过程的进行，铝合金散热基板3和铝合金散热板4的焊接端面完全接触，摩擦功率在逐渐增大，焊接界面温度逐渐升高，并向两侧传递，在焊接界面处开始形成一层高温粘塑性金属层。

③稳定摩擦阶段：当步骤②过程中形成的高温粘塑性金属层逐渐包裹整个焊接界面后，焊接过程进入稳定摩擦阶段，热量产生均匀稳定，在轴向压力和摩擦力的作用下，焊接界面氧化物和杂质夹杂在塑性金属中被挤出形成飞边，焊接工件轴向缩短量开始增加。

④顶锻阶段：当运行到焊接程序中的设定程序时，振动侧铝合金散热基板3迅速回零对中并停止往复直线运动，同时施加顶锻压力并保持一定时间，焊接界面高温粘塑性金属在轴向压力的作用下发生元素扩散、相变和再结晶过程，形成高质量的线性摩擦焊铝合金散热器焊接接头。

⑤松开夹具，移动侧5向后运动，取出铝合金散热器，结束焊接过程。

3)图1所述的铝合金散热基板3焊接端面有三种形式，第一种形式为：铝合金散热基板1的焊接端面为凹槽式，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，铝合金散热板3的焊接端面插入铝合金散热基板1的凹槽中，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

4)图1所述的铝合金散热基板3焊接端面有三种形式，第二种形式为：所述的铝合金散热基板3焊接端面第二种形式：铝合金散热基板1的焊接端面为平面式，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

5)图1所述的铝合金散热基板3焊接端面有三种形式，第三种形式为：所述的铝合金散热基板3焊接端面第三种形式：铝合金散热基板1的焊接端面为凸台结构，铝合金散热板3通过移动侧5中的夹具固定在一起，铝合金散热板3的焊接端面和铝合金散热基板1的凸台相对应，互为摩擦面，在线性摩擦焊接过程中铝合金散热板3和铝合金散热基板1的焊接端面相互接触摩擦产热。

6)图1中所述的移动侧5中的夹具可以夹持并固定铝合金散热板4，并可以保护铝合金散热板4在焊接过程中不发生变形。

7)图1中所述的振动侧2中的夹具可以夹持铝合金散热基板3，并使铝合金基板3做往复直线运动。

如图2所示，为本发明的铝合金散热基板第一种焊接端面的俯视图，铝合金散热基板1的焊接端面为凹槽2形式，铝合金散热板3在线性摩擦焊接过程中插入铝合金散热基板1的焊接端面凹槽2中进行焊接。

如图3所示，为本发明的铝合金散热基板第二种焊接端面的俯视图，铝合金散热基板1的焊接端面为平面2形式，铝合金散热板3在线性摩擦焊接过程中于铝合金散热基板1的焊接端面2相接触进行焊接。

如图4所示，为本发明的铝合金散热基板第三种焊接端面的俯视图，铝合金散热基板1的焊接端面为凸台2形式，铝合金散热板3在线性摩擦焊接过程中与铝合金散热基板1的焊接端面凸台2相接触进行焊接，这种焊接方法便于产热，容易实现铝合金散热器线性摩擦焊接过程。

此外，通过本发明所述的铝合金散热器线性摩擦焊接制造方法，不仅可以制造各种类型的铝合金散热器，还可以焊接钛合金、铜合金等多种材料以及除板材形式之外的多种类型的散热器，焊接过程自动化程度较高，焊接过程绿色污染，焊接时间短，焊接效率高，焊接成本低。

本领域的技术人员根据本发明公开的这些技术启示进行各种不脱离本发明实质的其它各种变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。