[发明专利]印刷电路板式换热器焊接系统和方法

说明书

本公开提供了一种印刷电路板式换热器(PCHE)焊接系统和方法，将焊件和液态金属放入压力容器，通过系统的循环回路对液态金属进行加热或冷却，实现对焊件的加热、保温以及冷却，并通过供气系统调节压力容器内的气相压力，通过液态金属将压力传递到焊件，能够实现液态金属的循环流动，对焊件均匀加热，从而实现对扩散焊过程的温度精确控制，通过惰性气体调控压力容器内的压力，通过液态金属对焊件均匀加压。并且液态金属导热系数高，传热能力强，流动性好，可深入PCHE内部流体通道对焊接点进行加热或冷却，加热均匀，温度控制精度高，焊接质量高，液态金属可以有效地把焊接面空气排出，避免焊接面氧化或出现气孔，焊接质量高。

技术领域

本公开涉及换热领域，尤其涉及一种印刷电路板式换热器焊接系统和方法。

背景技术

印刷电路板式换热器(PCHE)是一种扩散焊换热器，其换热板片是应用相片化学的方法在板片上蚀刻流道，其加工方法与印刷电路板类似故得名印刷电路板换热器，蚀刻后的板片采用扩散焊的方法焊接在一起。扩散焊接的工艺包括晶粒生长热浸泡阶段，从而使板片间接缝自由密合。这种方法使得换热器具有很好的耐高压性能。

PCHE通常是采用固态扩散焊方法加工的。固态扩散焊是将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散形成联接的焊接方法。影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度压力扩散时间和表面粗糙度。在一定范围内焊接温度越高，原子扩散越快焊接温度一般为材料熔点的0.5～0.8倍，一般在0.7倍的时候效果最好。根据材料类型和对接头质量的要求，扩散焊可在真空、保护气体或溶剂下进行，其中以真空扩散焊应用最广。

瞬间液相扩散焊比固态扩散焊更适合用于PCHE的加工。瞬间液相扩散焊需要焊料，焊料的主要成份与焊件母材相同或相近，重点是在焊料里添加了一种熔点降低元素，通常是将焊料制成非晶相薄带，作为中间层夹在焊件之间，当达到一定温度，焊料首先液化，在略高于该温度的条件下恒温一段时间，焊料中的熔点降低元素扩散进入焊件浅表面，焊件表面将熔化，随着熔点降低元素深入扩散，焊接面熔点降低元素的含量减少到一定程度，接头就会固化，从而实现焊接。瞬间液相扩散焊的优点很多，包括：(1)母材平备要求低；(2)氧化物自动去除(“自钎剂”)；(3)等温固化；(4)焊接效率高；(5)强度、塑性、韧性，无脆性相。

无论是固态扩散焊还是瞬间液相扩散焊，焊接质量都与温度、压力的控制精度有直接关系，而对于大型PCHE(例如：MW级PCHE)，保持焊件整体温度均匀和焊接点压力均匀是关系到其热形变是否一致、局部应力是否消减、各焊点焊接进程是否同步的问题。现有的焊接工艺很难实现在大型PCHE加工工艺中实现对温度和压力的精确控制，因此到目前位置，国内外掌握大型PCHE制造技术的公司非常少。

公开内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开提供一种印刷电路板式换热器焊接系统和方法，可以实现对PCHE扩散焊过程中温度和压力进行精确控制的方法，用以解决上述问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种印刷电路板式换热器焊接系统，包括：压力容器，用于放置焊件和液态金属，液态金属浸没焊件；循环回路，用于将液态金属从压力容器抽出进行加热或冷却后再重新注入压力容器，从而实现对焊件的加热或冷却；以及供气装置，用于为压力容器提供气体并调节压力容器内气体压力，气体压力通过液态金属传递到焊件。

在本公开的一些示例性实施例中，循环回路包括：循环泵，用于将液态金属从压力容器抽出；以及温度调控装置，用于将液态金属进行加热或冷却。

在本公开的一些示例性实施例中，温度调控装置包括：并联设置的加热器和冷却器；其中：当液态金属需要加热时，冷却器关闭，加热器用于加热液态金属；当液态金属需要冷却时，加热器关闭，冷却器用于冷却液态金属。