新能源汽车的动力电池在使用过程中电池温度会逐渐升高,当温度过高时,会导致电池发生热失控,因此对电池包进行冷却是至关重要的。水冷板作为液冷的重要组成部分,主要是其表面与电池的表面进行充分的接触,通过水冷板内部流动的冷却液,将电池的热量带走进行热交换,从而降低电池的温度。
FSW为通过搅拌头摩擦生热,使母材达到熔融状态完成焊接的一种方法,属于固相焊接。但是由于焊接方法特点的限制,目前冷板行业仅于简单的焊接轨迹,比如平直的结构或圆筒形结构的焊接,而且在焊接过程中工件要有良好的支撑和衬垫。对于小的工件,人为的因素对质量影响很大。
真空钎焊是在真空条件下,通过低于母材熔点的焊料融化把母材连接在一起的焊接方式。适合于批量生产。产品的性能不受人为因素影响。
真空钎焊主要应用于电气仪表及等工业中,例如,大型制氧机、汽车和轮船上用的形状复杂的热交换器(油冷却器、蒸发器和散热器等),喷气发动机中形状复杂的蜂窝结构、电气零件、精密机械零件等都采用钎焊。近年来钎焊工艺发展非常迅速,钎焊技术由原来的应用于飞机、核能等工业,发展到普通的金属和实用构件上。越复杂的工艺,批量大的焊接采用真空钎焊具有无比的优势。
高功率密度的风冷散热器由于挤压技术的限制很难做大,而插片等工艺又满足不了可靠性要求。采用FSW工艺拼接技术是现今高倍齿风冷散热器的主流一个重要技术。因为风冷散热器的拼接全部为直线拼接,易于实现。
水冷板采用搅拌摩擦焊工艺,使水道设计更自由,密封可靠性更好,同时可以采用硬质阳极表面处理。搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作用下的固相连接方法。搅拌摩擦焊过程中,一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋转着缓慢插入被焊接工件,搅拌头和被焊接材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热,使搅拌头邻近区域的材料热塑化(焊接温度一般不会达到和超过被焊接材料的熔点),当搅拌头旋转着向前移动时,热塑化的金属材料从搅拌头的向后沿转移,并且在搅拌头轴肩与工件表层摩擦产热和锻压共同作用下,形成致密固相连接接头。
技术特点:1、焊缝中无熔焊气孔缺陷,无元素烧损,无热裂纹,从来无泄漏的高可靠性;
2、无凝固时元素和组织的偏析,焊接区显微组织各向同性,无焊缝余高;
3、焊接工艺简单,属于不添加焊剂型焊接:无需填丝,无需开坡口,无需焊前处理,无需保护气;
4、加工过程环保,无光与气污染;
5、焊区收缩小,变形小;
6、由于设备成本较高,目前加工成本较高,同时对技术工人的熟练程度要求高。
目前,工业上常见的水冷散热器产品有水冷板、水冷壳体、水冷箱体等,其产品结构和散热原理如下:将流道结构的基板与盖板贴合,采用搅拌摩擦焊工艺焊接形成密封腔体,腔体流道设进出口水嘴,连接输水管与输送泵,通过水循环流动快速将热量扩散到整体水冷板,避免热源聚集,继以控制产品的工作温度。
水冷板类产品设计制造过程要考虑很多因素,不仅仅要考虑材料的选择、流道结构对散热影响,还要考虑产品结构是否满足焊接工艺等,我们在进行产品制造工艺分析阶段,需要确保:1)焊接前盖板和基板对接间隙、平面度满足搅拌摩擦焊接要求;2)焊接深度影响焊接变形,焊接尾孔的位置需要预先确定;3)焊接一般作为前置工艺,零件表面留有加工余量,焊后需进行CNC铣平。4)零件如需特殊表面处理,则需要考虑焊接位置色差影响。
水冷板是散热控制系统的核心部件,对其内部流道结构、表面粗糙度及零件精度有较高的要求,同时,水冷盖板的平整度和贴合度也影响后面焊接工艺,这些都是机加工过程要注意的因素,另外, 为了增加水冷装置刚性和耐磨性,有些产品还会做些流道的表面强化处理。