本公開涉及換熱領(lǐng)域，尤其涉及一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

印刷電路板式換熱器(pche)是一種擴(kuò)散焊換熱器，其換熱板片是應(yīng)用相片化學(xué)的方法在板片上蝕刻流道，其加工方法與印刷電路板類似故得名印刷電路板換熱器，蝕刻后的板片采用擴(kuò)散焊的方法焊接在一起。擴(kuò)散焊接的工藝包括晶粒生長熱浸泡階段，從而使板片間接縫自由密合。這種方法使得換熱器具有很好的耐高壓性能。

pche通常是采用固態(tài)擴(kuò)散焊方法加工的。固態(tài)擴(kuò)散焊是將焊件緊密貼合，在一定溫度和壓力下保持一段時間，使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散形成聯(lián)接的焊接方法。影響擴(kuò)散焊過程和接頭質(zhì)量的主要因素是溫度壓力擴(kuò)散時間和表面粗糙度。在一定范圍內(nèi)焊接溫度越高，原子擴(kuò)散越快焊接溫度一般為材料熔點的0.5～0.8倍，一般在0.7倍的時候效果最好。根據(jù)材料類型和對接頭質(zhì)量的要求，擴(kuò)散焊可在真空、保護(hù)氣體或溶劑下進(jìn)行，其中以真空擴(kuò)散焊應(yīng)用最廣。

瞬間液相擴(kuò)散焊比固態(tài)擴(kuò)散焊更適合用于pche的加工。瞬間液相擴(kuò)散焊需要焊料，焊料的主要成份與焊件母材相同或相近，重點是在焊料里添加了一種熔點降低元素，通常是將焊料制成非晶相薄帶，作為中間層夾在焊件之間，當(dāng)達(dá)到一定溫度，焊料首先液化，在略高于該溫度的條件下恒溫一段時間，焊料中的熔點降低元素擴(kuò)散進(jìn)入焊件淺表面，焊件表面將熔化，隨著熔點降低元素深入擴(kuò)散，焊接面熔點降低元素的含量減少到一定程度，接頭就會固化，從而實現(xiàn)焊接。瞬間液相擴(kuò)散焊的優(yōu)點很多，包括：(1)母材平備要求低；(2)氧化物自動去除(“自釬劑”)；(3)等溫固化；(4)焊接效率高；(5)強(qiáng)度、塑性、韌性，無脆性相。

無論是固態(tài)擴(kuò)散焊還是瞬間液相擴(kuò)散焊，焊接質(zhì)量都與溫度、壓力的控制精度有直接關(guān)系，而對于大型pche(例如：mw級pche)，保持焊件整體溫度均勻和焊接點壓力均勻是關(guān)系到其熱形變是否一致、局部應(yīng)力是否消減、各焊點焊接進(jìn)程是否同步的問題。現(xiàn)有的焊接工藝很難實現(xiàn)在大型pche加工工藝中實現(xiàn)對溫度和壓力的精確控制，因此到目前位置，國內(nèi)外掌握大型pche制造技術(shù)的公司非常少。

公開內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本公開提供一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法，可以實現(xiàn)對pche擴(kuò)散焊過程中溫度和壓力進(jìn)行精確控制的方法，用以解決上述問題。

(二)技術(shù)方案

本公開提供了一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)，包括：壓力容器，用于放置焊件和液態(tài)金屬，液態(tài)金屬浸沒焊件；循環(huán)回路，用于將液態(tài)金屬從壓力容器抽出進(jìn)行加熱或冷卻后再重新注入壓力容器，從而實現(xiàn)對焊件的加熱或冷卻；以及供氣裝置，用于為壓力容器提供氣體并調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)氣體壓力，氣體壓力通過液態(tài)金屬傳遞到焊件。

在本公開的一些示例性實施例中，循環(huán)回路包括：循環(huán)泵，用于將液態(tài)金屬從壓力容器抽出；以及溫度調(diào)控裝置，用于將液態(tài)金屬進(jìn)行加熱或冷卻。

在本公開的一些示例性實施例中，溫度調(diào)控裝置包括：并聯(lián)設(shè)置的加熱器和冷卻器；其中：當(dāng)液態(tài)金屬需要加熱時，冷卻器關(guān)閉，加熱器用于加熱液態(tài)金屬；當(dāng)液態(tài)金屬需要冷卻時，加熱器關(guān)閉，冷卻器用于冷卻液態(tài)金屬。

在本公開的一些示例性實施例中，壓力容器開口進(jìn)氣口，所述供氣裝置包括：惰性氣體氣瓶，用于提供惰性氣體；供氣管路，連接于所述惰性氣體氣瓶和所述壓力容器進(jìn)氣口之間，用于將惰性氣體充入壓力容器，提高壓力容器內(nèi)的氣體壓力；以及放氣閥，設(shè)置在壓力容器進(jìn)氣口處，用于將壓力容器內(nèi)的惰性氣體排出，降低壓力容器內(nèi)的氣體壓力。

在本公開的一些示例性實施例中，壓力容器外部包裹有保溫層，用于提高壓力容器保溫效果。

本公開還提供了一種印刷電路板式換熱器焊接方法，包括：壓緊焊件并放入壓力容器；向壓力容器內(nèi)注入液態(tài)金屬浸沒焊件；向壓力容器內(nèi)注入或排放氣體調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的壓力；將液態(tài)金屬抽出進(jìn)行加熱后重新注入壓力容器，液態(tài)金屬循環(huán)流動，對焊件進(jìn)行加熱；以及焊接完成后，對循環(huán)液態(tài)金屬降溫從而冷卻焊件。

在本公開的一些示例性實施例中，向壓力容器內(nèi)注入氣體調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的壓力，包括：抽除壓力容器內(nèi)的殘余空氣；以及注入或排放惰性氣體調(diào)節(jié)容器內(nèi)氣相壓力。

在本公開的一些示例性實施例中，達(dá)到焊接溫度后，通過循環(huán)的液態(tài)金屬進(jìn)行保溫，并排放少量氣體抵消液態(tài)金屬熱膨脹引起的壓力變化。

在本公開的一些示例性實施例中，所述焊件材料為316l不銹鋼+ni-5％si-3％b；和/或焊接工藝為瞬間液相擴(kuò)散焊；和/或液態(tài)金屬為鎵銦錫合金；和/或焊接溫度為1150～]250℃；和/或焊接面壓力控制為400～600n；氣體為ar；和/或保溫時間為5～10min。

在本公開的一些示例性實施例中，所述焊件材料為雙相不銹鋼+fe-15％b+純鎳+純鉻；和/或焊接工藝為瞬間液相擴(kuò)散焊；和/或液態(tài)金屬為鎵銦錫合金；和/或焊接溫度為1200～1300℃；和/或焊接面壓力控制400～600n；和/或氣體為n2保護(hù)；和/或保溫時間4～8min。

(三)有益效果

通過以上技術(shù)方案，本公開印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)和方法具有以下有益效果：

(1)液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱能力強(qiáng)，流動性好，可深入pche內(nèi)部對焊接點進(jìn)行加熱或冷卻，加熱均勻，溫度控制精度高，焊接質(zhì)量高。

(2)液態(tài)金屬可以有效地把焊接面空氣排出，避免焊接面氧化或出現(xiàn)氣孔，焊接質(zhì)量高。

(3)液態(tài)金屬沸點高，無毒，可重復(fù)使用，效率高，成本低。

附圖說明

圖1是本公開第一實施例的印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本公開第一實施例的pche焊件壓緊過程示意圖。

圖3為本公開第二實施例的印刷電路板式換熱器焊接方法流程圖。

【附圖中本公開實施例主要元件符號說明】

1-壓力容器；

11-筒體；12-蓋板；

2-循環(huán)泵；

3-溫度調(diào)控裝置；

31-加熱器；32-冷卻器；

4-供氣裝置；

5-壓力表；

6-放氣閥；

7-保溫層；

a-換熱板片；b-換熱芯體；c-夾緊工裝；l液態(tài)金屬

具體實施方式

為使本公開的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本公開作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本公開第一實施例提供一種印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)，圖1為本實施例的印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該焊接系統(tǒng)包括：壓力容器1、循環(huán)泵2、溫度調(diào)控裝置3和供氣裝置4。

壓力容器1包括筒體11和蓋板12，筒體內(nèi)放置待焊接的焊件，并通過頂部開口將液態(tài)金屬l注入到壓力容器內(nèi)，液態(tài)金屬將焊件浸沒；筒體壁面上開有進(jìn)液口和出液口；

在壓力容器外部，循環(huán)泵2和溫度調(diào)控裝置3與壓力容器的進(jìn)液口和出液口連接形成一個循環(huán)回路，循環(huán)泵將容器內(nèi)的液態(tài)金屬從出液口抽出，通過溫度調(diào)控裝置加溫或冷卻后，從進(jìn)液口重新注入壓力容器，實現(xiàn)液態(tài)金屬在焊件流道內(nèi)的循環(huán)流動。在本實施例中，溫度調(diào)控裝置包括加熱器31和冷卻器32，加熱器31和冷卻器32并聯(lián)，當(dāng)焊件焊接過程中需要加熱時，將冷卻器管路關(guān)閉，液態(tài)金屬通過加熱器進(jìn)行加熱，實現(xiàn)對焊件的溫度補(bǔ)償；當(dāng)焊件焊接完成后需要冷卻時，將加熱器管路關(guān)閉，液態(tài)金屬通過冷卻器進(jìn)行降溫，實現(xiàn)對焊件的冷卻，溫度降至便于操作且確保液態(tài)金屬不會凝固的溫度。

供氣裝置4包括惰性氣體氣瓶、氣體管路、壓力表5和放氣閥6。蓋板上開有進(jìn)氣口，惰性氣體氣瓶通過氣體管路連通至進(jìn)氣口，將惰性氣體充入壓力容器，氣體管路上設(shè)置有壓力表5，進(jìn)氣口處設(shè)置有放氣閥6，通過注入或排放惰性氣體可以調(diào)節(jié)容器內(nèi)壓力，氣相壓力可通過液態(tài)金屬傳遞到pche焊件。

壓力容器筒體外部還包裹有保溫層7，有很好的外保溫效果。

pche焊件在放入壓力容器前，需要先將pche焊件整體用工裝固定好，圖2為pche焊件壓緊過程示意圖，如圖2所示，換熱板片a疊置形成換熱芯體b，利用夾緊工裝c對換熱芯體b施加預(yù)緊力將板片壓緊。

液態(tài)金屬為液態(tài)金屬合金，可為鎵銦錫合金。

通過上述實施例可以看出，本公開提供的印刷電路板式換熱器焊接系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)液態(tài)金屬的循環(huán)流動，對焊件均勻加熱，從而實現(xiàn)對擴(kuò)散焊過程的溫度精確控制；通過惰性氣體調(diào)控壓力容器內(nèi)的壓力，通過液態(tài)金屬對焊件均勻加壓。

本公開第二實施例提供一種印刷電路板式換熱器焊接方法，圖3為本實施例的印刷電路板式換熱器焊接方法流程圖，如圖3所示，包括以下步驟：

步驟s1：壓緊焊件并放入壓力容器。

首先，需要說明，本公開涉及的pche的板片加工方法與現(xiàn)有工藝沒有區(qū)別，不作為

技術(shù)實現(xiàn)要素：
詳述。

其次，pche板片焊接方式可以是固態(tài)擴(kuò)散焊，也可以是瞬間液相擴(kuò)散焊，區(qū)別在于板片堆疊過程中是否在板片之間夾入中間層。

將pche焊件整體用工裝固定好，通過工裝施加預(yù)緊力將板片壓緊，然后將pche焊件連同工裝一并放置在一個壓力容器內(nèi)。

步驟s2：向壓力容器內(nèi)注入液態(tài)金屬浸沒焊件。

向壓力容器內(nèi)注入預(yù)熱的低溫液態(tài)金屬合金，例如：鎵銦錫合金，液態(tài)合金將pche焊件浸沒。

步驟s3：向壓力容器內(nèi)注入或排放氣體調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的壓力。

將壓力容器用蓋板封上，抽除殘余空氣，然后注入惰性氣體，通過注入或排放惰性氣體可以調(diào)節(jié)容器內(nèi)壓力，氣相壓力通過液態(tài)金屬可以傳遞到pche焊件。

步驟s4：將液態(tài)金屬抽出進(jìn)行加熱后重新注入壓力容器，液態(tài)金屬循環(huán)流動，對焊件進(jìn)行加熱。

通過耐高溫的液態(tài)金屬循環(huán)泵將容器內(nèi)的液態(tài)金屬從底部抽出，通過外部加熱器加溫后，從壓力容器上部注入，通過控制循環(huán)速率和加溫速率實現(xiàn)液態(tài)金屬程序升溫。因為液態(tài)金屬在pche焊件的流道內(nèi)循環(huán)流動，對焊件均勻加熱，從而實現(xiàn)對擴(kuò)散焊過程的溫度精確控制。達(dá)到焊接溫度后，因為壓力容器有很好的外保溫，通過液態(tài)金屬加熱器精確進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可維持焊接溫度穩(wěn)定。排放少量惰性氣體可以抵消液態(tài)金屬熱膨脹引起的壓力變化。

步驟s5：焊接完成后，對循環(huán)液態(tài)金屬降溫從而冷卻焊件。

最后，擴(kuò)散焊接完成后，通過液態(tài)金屬循環(huán)冷卻程序降溫，溫度降至便于操作且確保液態(tài)金屬不會凝固的時候，打開壓力容器，將pche焊件取出，瀝干液態(tài)金屬，完成焊接。

在本實施例中，pche焊件材料為316l不銹鋼。選用焊接工藝為瞬間液相擴(kuò)散焊，焊料為ni-5％si-3％b，其中b為熔點降低元素。液態(tài)金屬選用鎵銦錫合金，熔點40℃。焊接溫度為1150～1250℃，焊接面壓力控制400～600n，ar氣保護(hù)，保溫時間5～10min。

在本公開其他實施例中，pche焊件材料可為雙相不銹鋼。選用焊接工藝為瞬間液相擴(kuò)散焊，焊料為雙相不銹鋼+fe-15％b+純鎳+純鉻，其中b為熔點降低元素。液態(tài)金屬選用鎵銦錫合金，熔點40℃。焊接溫度為1200～1300℃，焊接面壓力控制400～600n，n2保護(hù)，保溫時間4～8min。

通過以上實施例可以看出，本公開提供的印刷電路板式換熱器焊接方法采用循環(huán)的液態(tài)金屬對焊件進(jìn)行加熱，液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)高，傳熱能力強(qiáng)，流動性好，可深入pche內(nèi)部對焊接點進(jìn)行加熱或冷卻，加熱均勻，溫度控制精度高，焊接質(zhì)量高。此外，液態(tài)金屬可以有效地把焊接面空氣排出，避免焊接面氧化或出現(xiàn)氣孔。液態(tài)金屬沸點高，無毒，可重復(fù)使用，效率高，成本低。

還需要說明的是，實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本公開的保護(hù)范圍。貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標(biāo)記來表示。在可能導(dǎo)致對本公開的理解造成混淆時，將省略常規(guī)結(jié)構(gòu)或構(gòu)造。

并且圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本公開實施例的內(nèi)容。另外，在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。

除非有所知名為相反之意，本說明書及所附權(quán)利要求中的數(shù)值參數(shù)是近似值，能夠根據(jù)通過本公開的內(nèi)容所得的所需特性改變。具體而言，所有使用于說明書及權(quán)利要求中表示組成的含量、反應(yīng)條件等等的數(shù)字，應(yīng)理解為在所有情況中是受到「約」的用語所修飾。一般情況下，其表達(dá)的含義是指包含由特定數(shù)量在一些實施例中±10％的變化、在一些實施例中±5％的變化、在一些實施例中±1％的變化、在一些實施例中±0.5％的變化。

再者，單詞“包含”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。

此外，除非特別描述或必須依序發(fā)生的步驟，上述步驟的順序并無限制于以上所列，且可根據(jù)所需設(shè)計而變化或重新安排。并且上述實施例可基于設(shè)計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本公開并幫助理解各個公開方面中的一個或多個，在上面對本公開的示例性實施例的描述中，本公開的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本公開要求比在每個權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，公開方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權(quán)利要求本身都作為本公開的單獨實施例。

以上所述的具體實施例，對本公開的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本公開的具體實施例而已，并不用于限制本公開，凡在本公開的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本公開的保護(hù)范圍之內(nèi)。