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水冷散热器该怎么焊?
时间:2018-6-10阅读:

水冷散热器该怎么焊?

1. 水冷散热器简介

水冷散热器又名水冷板,顾名思义,是一种通过内部冷却水的循环带走外部发热源的热量从而使发热源始终保持正常工作状态的散热装置。

21世纪以来,电子信息化迎来了飞速发展,电也成为了现代人类的生活必需,以目前的技术水平,有电的地方就会产生电阻热,而电子元器件集中的地方对散热也就提出了更高的需求。所以水冷散热器的应用范围逐渐扩大,从航空航天、电子雷达、轨道车辆、新能源汽车、通讯基站等国家战略到空调、电脑、煤气灶等生活用品都已开始涉及水冷散热技术。

全球豪华智能电动汽车行业的领导者特斯拉汽车公司, 以极具创新力的精神赢得了广泛认可。特斯拉电动汽车在质量、安全和性能方面均达到汽车行业最高标准。在车体冷却系统的部分产品焊接上,中航工业制造的专用搅拌摩擦焊设备为客户的批量化生产提供了重要保障。


2. 搅拌摩擦焊简介

搅拌摩擦焊(FSW)是一种固相连接的过程(金属不熔化),使用第三方工具(搅拌头)插入材料待焊区域,高速旋转的搅拌头和材料之间产生摩擦热使材料软化,并在搅拌头的搅拌和压力作用下形成密实的焊缝。这种技术可实现工业自动化,具有焊缝变形小、焊缝强度高、焊接成本低、绿色环保等优点,在有色金属方面得到广泛应用,尤其是铝合金、铜合金。



中航工业机械为Tesla产品提供的专用搅拌摩擦焊设备)


(各型号搅拌头)



NASA的搅拌摩擦焊接设备及产品)



(高铁车体部分)



Tesla车体冷却系统中已成熟使用搅拌焊焊接技术)


3. 搅拌焊为水冷散热器的制造带来新的革命

通过上述的介绍,水冷散热器往往贴附在电子元器件发热面上,所以从水冷散热器设计之初,使用者们就对水冷散热器的品质保证提出了更高的要求,一旦出现泄漏事故,造成的损失无法估计。众多的客户也在使用性能与安全性能之前权衡利弊,浅尝辄止的小心使用,而在近些年的不断尝试中,水冷散热器的制造工艺也逐渐成熟,以下几大类为目前常见的制造工艺,对比如下:



由上图可见,真空钎焊的水道设计灵活,所以散热性能最好,又因为在接合面形成了原子间结合,所以可靠性较其他产品都高。但是真空钎焊产品的钎焊过程影响因素多,成品率不足80%,即使是成熟工艺也很难达到90%,大大增加了实际成本。


搅拌摩擦焊的水冷设计结构与钎焊相似,先用CNC在加工基板水腔及盖板,再用搅拌摩擦焊焊接,最后加工成品。结果搅拌摩擦焊接加工出来的水冷散热器又名水冷板,合格率为%99.9


搅拌摩擦焊因其可靠的接头质量采用针对性结合工艺,沿着水道进行封闭焊接即可;而真空钎焊为保证密封性采用大面积结合工艺,基板、钎料层、盖板三层之间完成结合,所有接触的地方均需结合到位,特别是焊缝处及产品外侧结合处,最容易出现缺陷,随着使用时间的推移,缺陷有可能逐渐扩大导致泄漏,所以使用寿命及安全性上仍需改进。


以下水冷板可根据实际情况考虑使用搅拌摩擦焊替代原有工艺


按结构分类:钻孔式、压管式、组合式

(钻孔式水冷散热器)

(压管式水冷散热器)

(组合式水冷散热器)

按焊接工艺分类:钎焊、电子束焊、激光焊

(钎焊水冷散热器)

(电子束焊接水冷散热器)

按母材材料分类:常见1-7系铝合金包括6063、5052、3003、YL113(ADC12)、ZL107(AlSi9Cu3)等以及其他有色金属

(铸铝+铸铝水冷散热器)

(铸铝+型材水冷散热器)

搅拌焊作为新兴的焊接技术,现已在美国航空航天局(NASA)、特斯拉电动汽车、中国高铁、中国航空航天以及爱立信、诺基亚、西门子等通讯产品上成熟运用,该技术对设备本身及技术人员的工艺水平要求高,在民用产品上还未得到有效推广,但从目前的发展趋势上来看,在不久的将来,它将会带来有色金属焊接的一次重大革命!那就是搅拌摩擦焊


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