鋁制水冷基板與不銹鋼接頭的感應焊接方法技術

一種鋁制水冷基板與不銹鋼接頭的感應焊接方法，其主要是：先將不銹鋼接頭和水冷基板用氫氧化鈉及硫酸溶液處理并烘干，取熔點４２０－４８０℃鋅鋁合金帶藥芯焊絲，將其彎成圓圈置于露出水冷基板端面的不銹鋼接頭根部與水冷基板端面螺孔倒角處；將水冷基板的感應線圈與一臺感應加熱電源相連，將水冷基板置于上述感應線圈內，再將不銹鋼接頭的感應線圈與另一臺高頻感應加熱電源相連，將不銹鋼接頭置于上述感應線圈內。焊接時水冷基板焊接處的溫度升至４５０－４８０℃，不銹鋼接頭焊接處的溫度升至５００－５５０℃。本發明專利技術較理想地解決了鋁與不銹鋼兩種不同材質部件的焊接問題，焊接后釬料外形飽滿、均勻、完全填縫，可使焊接處永久密封，保證了ＩＧＢＴ功率模塊工作狀態穩定。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電力機車及動車組的IGBT功率模塊恒溫冷卻裝置的 加工方法。
技術介紹
目前，電力機車及動車組的IGBT功率模塊的恒溫冷卻裝置普遍 采用鋁制水冷基板，即一個電力機車或動車組的高壓電器柜箱體內安裝有幾 十個水冷基板，每個水冷基板安裝有2個以上的IGBT功率模塊。上述水冷基 板主要是由水冷槽板、水冷蓋板、焊片及不銹鋼接頭等組成的。該鋁制水冷 基板的加工方法主要是將粗機加工后的水冷槽板、水冷蓋板用焊片通過真 空釬焊將它們焊接為一體，之后在其端面鉆2個OIO. 8的孔并加工出M12X1 的螺紋，然后將帶有M12X1螺紋的兩個不銹鋼接頭(即進出水接頭)分別安 裝到水冷基板端面位置的螺孔內，在露出水冷基板端面的不銹鋼接頭根部與 水冷基板端面螺孔倒角處進行氣焊密封。上述焊接加工方式存在如下缺點氣焊密封是由人工操作，由于兩種材 質的熔點溫度不同，焊接溫度極難控制，即使焊接溫度達到，焊料在氧氣、 乙炔氣流的沖擊下也很難在兩體結合的倒角處完全添縫密封。當冷卻系統工 作時，水泵高速運轉促使冷卻介質在系統管路中高速循環，如果水冷基板的 進出水口與不銹鋼接頭連接處有微小的泄漏，將會燒壞電器元件甚至形成短 路，致使機車無法正常運行，其后果不堪設想
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種能實現水冷基板端面與不銹鋼接頭 兩體結合的倒角處可靠密封的。本專利技術主要是采用感應焊接的方法，具體內容如下一、兩體焊接處的表面處理1、 分別將不銹鋼接頭和水冷基板端面部分置于溫度為75-85"C的 8%-10%氫氧化鈉溶液中浸泡15-20秒，以除掉水冷基板上的鋁氧化膜及不銹鋼接頭表面的油污。2、 取出上述工件，再置于常溫下約10%硫酸溶液中浸泡5-6秒，以中 和附在基板和接頭上的堿液。3、 用水沖洗清洗過的工件表面，使之不存留任何影響焊接的物質。4、 烘干沖洗過的工件，然后將不銹鋼接頭安裝到水冷基板端面部位準 備焊接。二、焊接材料1、 本專利技術所采用的焊接材料為直徑2.5-3.5毫米、熔點420-4S0。C鋅 鋁合金帶藥芯(釬劑)焊絲。2、 上述焊絲焊料的標定成分如下Pb 0.005%MAXFe 0.005%MAXCu 0.005%MAXCd 0.005%MAXAl 2.機AXZn 余量。3、 上述焊絲釬劑其主要成份為無腐蝕的銫的氟化物。該釬劑的作用是: 釬劑熔化后就會溶解連接鋁部件表面的氧化膜，并能防止重新氧化，釬劑又 濕潤鋁表面，使得釬料能通過毛細作用自由地流入焊縫，冷卻后釬劑在部件 表面上形成一層緊緊依附的薄膜。4、 焊絲的用法事先將上述焊絲彎成圓圈置于露出水冷基板端面的不 銹鋼接頭根部與水冷基板端面螺孔倒角處，即兩體的悍接處。最好彎成圓圈 的焊絲緊箍在不銹鋼接頭根部，以防止釬料熔化后流入板體孔內的釬料多而 爬升不銹鋼接頭端壁的釬料少所造成的被焊接的兩體之間的釬料外形不均 勻、不飽滿、不光滑的悍接面。三、焊接設備及工裝1.焊接設備即感應加熱設備本專利技術所采用的感應加熱設備為SSF-60 型超音頻低功率感應加熱設備，該設備主要由主機和變壓器兩部分組成。該感應加熱設備兩臺同時使用，它們分別與不銹鋼接頭的感應線圈及水冷基板的感應線圈相連。2. 焊接用工裝之一一不銹鋼接頭的感應線圈對不銹鋼接頭進行感應加熱是由不銹鋼接頭的感應線圈來完成。該線圈是由銅管制成的蛇盤管，該蛇盤管圈內的形狀為與不銹鋼接頭外形對應的圓形。當不銹鋼接頭置于該感應線圈的圓形空間，兩者之間的間隙量為3-7毫米。該感應線圈兩端即輸入和輸出端設有與一個高頻感應加熱電源變壓器輸入及輸出接線端子相連的接頭，該接頭可直接與感應加熱電源相連，也可通過設在感應加熱電源上的過渡銅管間接相連。上述感應加熱電源的主機和變壓器輸出的高頻信號和工作電流是通過感應線圈的銅管壁傳導到工件上，為防止感應加熱產生的高溫對銅管腐蝕和軟化，該感應加熱電源有對銅管進行冷卻的循環水機構，當感應線圈與該高頻感應加熱電源相連時，循環水便接通。與不銹鋼接頭對應的感應線圈可以是一個，即焊完一個不銹鋼接頭與水冷基板之間的焊縫再移到另一個不銹鋼接頭上，焊另一個不銹鋼接頭與水冷基板之間的焊縫；該感應線圈最好是相同的兩個，即進、出水兩個不銹鋼接頭與水冷基板之間的焊縫同時焊接。3. 焊接用工裝之二一水冷基板上的感應線圈對水冷基板進行感應加熱是由水冷基板的感應線圈來完成。該線圈是由銅管制成的蛇盤管，該蛇盤管圈內的形狀為與水冷基板外形對應的扁圓形。當水冷基板置于該感應線圈的扁圓形空間，兩者之間的間隙量為3-7毫米。該感應線圈兩端即輸入和輸出端設有與另一個高頻感應加熱電源變壓器輸入及輸出接線端子相連的接頭，該接頭可直接與感應加熱電源相連，也可通過設在感應加熱電源上的過渡銅管間接相連。上述感應加熱電源的主機和變壓器輸出的高頻信號和工作電流是通過感應線圈的銅管壁傳導到工件上，為防止感應加熱產生的高溫對銅管腐蝕和軟化，該感應加熱電源有對銅管進行冷卻的循環水機構，當感應線圈與該高頻感應加熱電源相連時，循環水便接通。4. 焊接準備將水冷基板的感應線圈輸入和輸出端分別與一臺感應加熱電源的變壓器輸入及輸出接線端子相連。將組裝有不銹鋼接頭的水冷基板置于上述感應線圈內，并對其進行調整，使兩者之間的間隙量為3-7毫米，之后將水冷基板用夾具固定。再將不銹鋼接頭的感應線圈輸入和輸出端分別與另一臺高頻感應加熱電源的變壓器輸入及輸出接線端子相連。將固定在水冷基板上的不銹鋼接頭置于上述感應線圈內，并對其進行調整，使兩者之間的間隙量為3-75. 焊接將高頻感應加熱電源與電源相連，按啟動鍵，然后將高頻感應加熱電源上的功率調節器由小到大緩慢調至所需功率(即通過觸點式溫度傳感器測試焊接處基板、接頭及焊絲的溫度，當它們的溫度達到所需溫度范圍時，此時顯示的功率即為所需功率，這樣在焊接操作時只要將功率調到該功率范圍即可，不必每次都測量溫度)，利用電磁感應原理，使被加熱物體在短時間內急劇升溫，鋁制水冷基板焊接處的溫度升至450-48(TC，不銹鋼接頭焊接處的溫度升至500-55(TC。此時置于焊接處的釬料熔化，維持該溫度2-4分鐘，釬劑濕潤鋁表面，使得釬料能通過毛細作用自由地流入焊縫并順著不銹鋼接頭端壁爬升一定高度。加熱結束后將功率調小，再按停止鍵。冷卻后釬料在部件連接表面上形成一層緊緊依附的薄膜。本專利技術利用電磁感應原理，通過電感線圈轉換成相同頻率的磁場后，作用于處在該磁場中的金屬物體上。利用渦流效應，在金屬物體中生成與磁場強度成正比的感生旋轉電流(即渦流)。由旋轉電流借助金屬物體內的電阻，將其轉換成熱能，同時還有磁滯效應、趨膚效應、邊緣效應等，也能生成少量熱量，它們共同使金屬物體的溫度急速升高，實現快速加熱的目的。7本專利技術與現有技術相比具有如下優點1、 本專利技術較理想地解決了鋁與不銹鋼兩種不同材質部件的焊接問題，焊接后釬料外形飽滿、均勻、完全填縫，可使焊接處永久密封，保證了 IGBT功率模塊工作狀態穩定。2、 本專利技術可實現焊接自動控制，比手工操作焊接質量穩定、可靠；同時又可不間斷地連續操作，焊接效率高。3、 本專利技術采用感應加熱時間短、速度快，并且還是非接觸式，因此比其他加熱方式氧化輕微、便于氣體保護及多項智能保護，使焊接處附近的金相損傷很小，延長了水冷基板的結構壽命。4、 本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鋁制水冷基板與不銹鋼接頭的感應焊接方法，其特征在于：　（１）分別將不銹鋼接頭和水冷基板端面部分置于溫度為７５－８５℃的８－１０％氫氧化鈉溶液中浸泡１５－２０秒，取出上述工件，再置于常溫下約１０％硫酸溶液中浸泡５－６秒，用水沖洗清洗 過的工件表面并烘干，然后將不銹鋼接頭安裝到水冷基板端面；　（２）取直徑２．５－３．５毫米、熔點４２０－４８０℃鋅鋁合金帶藥芯焊絲，將其彎成圓圈置于露出水冷基板端面的不銹鋼接頭根部與水冷基板端面螺孔倒角處；　（３）將水冷基板的感應 線圈輸入和輸出端分別與一臺感應加熱電源的變壓器輸入及輸出接線端子相連，將組裝有不銹鋼接頭的水冷基板置于上述感應線圈內，并對其進行調整，使兩者之間的間隙量為３－７毫米，之后將水冷基板用夾具固定，再將不銹鋼接頭的感應線圈輸入和輸出端分別與另一臺高頻感應加熱電源的變壓器輸入及輸出接線端子相連，將固定在水冷基板上的不銹鋼接頭置于上述感應線圈內，并對其進行調整，使兩者之間的間隙量為３－７毫米，　（４）將上述兩臺高頻感應加熱電源與電源相連，按啟動鍵并由小到大緩慢調至所需功率，使鋁制 水冷基板焊接處的溫度升至４５０－４８０℃，不銹鋼接頭焊接處的溫度升至５００－５５０℃，置于焊接處的釬料熔化，維持該溫度２－４分鐘，調小功率，再按停止鍵。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋玉鵬，劉俊杰，
申請(專利權)人：中國北車集團大連機車研究所有限公司，
類型：發明
國別省市：91[]