散热器作为提高能源利用率的主要设备之一，被广泛用于汽车、雷达、集中供暖、机械等领域[1].铝合金高效水冷板是一种单流体散热器，散热系数高，可高效冷却功率器件、印制板组装件及电子机箱等，在电子设备热控制技术中的应用得到了诸多关注[2].复杂的腔体结构使其在传统焊接过程中极易产生微小的通道堵塞、变形等问题[3-4].因此，其焊接方法的选择与研究对强化电子设备热控制技术、提高能源利用率具有重要意义[5].

扩散焊是指在一定温度和压力下，被焊的两个工件原子之间的电子相互作用并相互迁移，形成相应的共价键、离子键或金属键，最终形成较为牢固的焊接接头的过程.扩散焊具有焊接质量好、零件变形小、可焊接大面积接头等优点，目前已经广泛应用于同种或异种金属之间的焊接，如Al/Al，Al/Mg，Ti/钢等[6-8].

本文讨论了真空扩散焊接工艺参数(焊接温度、焊接压力和保温时间)对焊接接头性能的影响，研究了6061铝合金扩散焊接工艺与性能之间的关系，并在最优工艺参数下实现了6061铝合金水冷板的可靠性连接.

1 试验材料与方法

试验材料为6061铝合金，通过线切割将铝合金棒材切割成Φ15 mm×40 mm的圆棒.在焊接前将铝合金试样依次用800号、1000号、1200号、2000号SiC砂纸打磨，以去除铝合金表面氧化膜.然后用酒精或丙酮超声清洗10 min，再用无尘布擦干铝合金表面.最后将其置于真空扩散炉中，在一定的焊接温度、焊接压力和保温时间下进行真空扩散焊接.本试验的焊接工艺为：焊接温度490～540 ℃，保温时间3～9 h，焊接压力0.5～4.5 MPa.

随着老龄化社会的来临，养老成了许多家庭关心的问题。如果子女为双职工家庭，居家养老的难度会很大。尤其是瘫痪、半自理、轻度失智失能的老人，几乎不具备家庭养老的条件。

通过万能试验机(GP-TS2000)测试焊后铝合金对焊样品的拉伸强度，拉伸试样为Φ15 mm×40 mm棒材对焊件.焊后试样经切割、镶嵌、抛光，并用化学腐蚀液腐蚀后，制备成所需金相试样.腐蚀液配方为：V(HF)∶V(HCl)∶V(HNO3)∶V(H2O3)=2∶3∶5∶10.使用光学显微镜观察焊接接头的金相组织.

图4为6061铝合金扩散焊接接头的金相组织照片.从图4(a)-4(c)可看出，当焊接温度较低或焊接压力较小、保温时间较短时，在焊接区域均存在一条相对明显的焊缝，此时没有共有晶粒，表明两个被焊试样之间的原子扩散并不充分.随着焊接温度、焊接压力、保温时间的增加，焊接接头的焊缝明显变细甚至部分区域消失.从图4(d)可以看出，两个焊件之间的焊缝已经不明显，焊缝的大部分区域已经消失，焊缝区域类似于基体晶界，而且没有孔洞，存在大量的共有晶粒，结合良好.

2 试验结果及讨论

2.1 焊接温度对接头抗拉强度的影响

在焊接温度530 ℃和焊接压力3.5 MPa的条件下，保温时间对铝合金扩散焊接头抗拉强度的影响如图3所示.从图3可知，当保温时间为3 h时，焊接接头的抗拉强度为56.7 MPa.随着保温时间延长，焊接接头的抗拉强度先增加后减小.在保温时间为7 h时，接头抗拉强度达到最大值137.3 MPa.在扩散焊接的过程中，延长保温时间可使界面元素充分地扩散， 有利于焊接接头组织与成分的均匀化.保温时间较短时，界面原子间扩散不充分，不能形成广泛的原子间结合，因此接头的剪切强度较低.但保温时间过长会导致晶粒长大，使接头的抗拉强度降低.

图1 焊接温度对焊接接头抗拉强度的影响 Fig.1 The effect of bonding temperature on the tensile strength of welded joints

2.2 焊接压力对接头抗拉强度的影响

水冷板试样是由6061铝合金制成，试验用夹具是由304不锈钢制成，焊前在水冷板试样与夹具的接触面涂覆一层氧化铝阻焊剂.

图2 焊接压力对焊接接头抗拉强度的影响 Fig.2 The effect of bonding pressure on the tensile strength of welded joints

2.1 两组血清CXCL12、IL-33水平比较 观察组受试者血清CXCL12、IL-33水平均明显高于健康组，组间比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

2.3 保温时间对接头抗拉强度的影响

在保温时间为7 h、焊接压力为3.5 MPa的条件下，焊接温度对铝合金焊接接头抗拉强度的影响如图1所示.由图1可知，随着焊接温度的升高，铝合金扩散焊接头的抗拉强度先增大后减小.当焊接温度为530 ℃时，焊接接头的抗拉强度达最高值137.3 MPa.当焊接温度较低时，6061铝合金母材的塑性变形能力较差，母材中的元素相互扩散能力较弱，界面处未能形成良好的微观接触，此时焊缝区域的相互接触面积较小，焊缝处存在大量未焊合区域，导致焊接接头的抗拉强度较低.随着焊接温度的升高，母材的塑性变形能力增大，对焊母材间元素相互扩散能力迅速增强.扩散接合界面附近的Al原子随温度升高，其获得的能量更高，在界面附近的元素扩散地更充分，形成了良好的扩散键，使焊接接头的抗拉强度提高.进一步提高焊接温度，焊接接头的抗拉强度反而有所下降.这是因为虽然温度的提高能使元素间的互扩散加快，形成良好的对焊接头，但是焊接接头处，因温度升高，界面处晶粒长大，焊接区域接头界面处附近的组织也逐渐粗大，过大的晶粒尺寸反而导致扩散焊界面处的抗拉强度降低[6,8].

外墙外保温是在主体墙结构外侧用粘接材料固定一层保温材料，并在保温材料外侧抹砂浆或作其它保护装饰，在外墙根部、女儿墙、阳台、变形缝等易产生热桥的部位，采用外保温技术，可显著消除“热桥”造成的热损失。目前主要采用的方式有：聚苯板保温砂浆外墙保温、聚苯板现浇混凝土外墙保温、聚苯颗粒浆料外墙保温等。外墙内保温是在外墙结构的内部加做保温层。总之，外墙保温材料要选用导热系数小的保温材质，减少室内外的热交换。另外，也可利用植物来调节气温，如在建筑物西侧墙面上种植爬山虎，有利于吸尘和降噪，减少温室效应。

2.4 焊接接头的显微结构

邓肃（1091-1132）《送成材》借冯道寄托忠奸之感慨：“伯夷自甘首阳蕨，商臣不戴周日月。那知世人冷笑渠，却言冯道有全节……” 〔17〕（卷七）胡寅（1098-1156）也针对苏辙维护冯道的言论，大谈君臣之义：“苏氏尝学春秋而昧乎君重于师之义，区区立论为道解纷，亦可见其不知王道之权衡矣……而乃君亡不愤，国破不耻，推戴他人，忍而安之，人理至此。则虽空天下而无人举，生齿而尽死亦何预。”〔18〕（卷三十）范浚（1102-1150）把国家灭亡归因于冯道这类人：“冯道相庄宗，又相明帝……方且著书，自陈更事四姓与契丹所得阶勋官爵以为荣，呜呼！有臣如此，唐与晋汉安得不亡乎？ ”〔19〕（卷八）

从再结晶成核和生长阶段的能量理论来看，当焊接压力较小时，成核所需的能量大于晶粒生长所需的能量，导致再结晶发生时形核的数量并不多，而此时晶粒却快速长大，进而形成较大的再结晶晶粒.当焊接压力较大时，成核所需的能量小于晶粒生长所需的能量，此时更容易成核，并且成核数目较多时，晶粒只需在较小幅度长大，便会发生相互间阻碍， 使得再结晶晶粒变小[11-12].因此，在其他工艺条件恒定的情况下，焊接压力的增加导致再结晶晶粒变小.

GLP-1对骨代谢的调节是双向的，既可以促进骨形成，又能抑制骨吸收。其可能通过促进胰岛素分泌，改善血糖、血脂，改善微循环，降低降钙素的分泌以及直接激活骨髓间充质干细胞(BMMSCs)上的GLP-1R实现对骨代谢的调节作用。

图3 保温时间对焊接接头抗拉强度的影响 Fig.3 The effect of holding time on the tensile strength of welded joints

图4 6061铝合金扩散焊接头的组织 (a)490 ℃×3.5 MPa×7 h；(b)530 ℃×0.5 MPa×7 h；(c)530 ℃×3.5 MPa×3 h；(d)530 ℃×3.5 MPa×7 h Fig.4 Microstructure of diffusion welded joint of 6061 aluminium alloy

3 水冷板扩散焊工艺

3.1 水冷板焊前处理及焊接工艺参数

在焊接温度为530 ℃和保温时间为7 h的条件下，铝合金扩散焊接头的抗拉强度与焊接压力之间的关系曲线如图2所示.由图2可知，当焊接压力为0.5 MPa时，扩散焊接头的抗拉强度仅为42.3 MPa.随着焊接压力的增加，焊接接头的抗拉强度提高.当焊接压力低于3.5 MPa时，抗拉强度提高幅度较大.当焊接压力从3.5 MPa增加到4.5 MPa时，焊接接头的抗拉强度提高幅度不大，仅提高4.5 MPa.在焊接温度530 ℃、保温时间7 h和焊接压力4.5 MPa的条件下，铝合金的变形量为7%～8%.在保证焊接接头变形不大的前提下，选择最佳焊接压力为3.5 MPa.施加一定的焊接压力能使焊接母材的表面产生微观变形， 破坏母材表面的氧化膜，增加界面位错密度，促进焊缝界面原子间扩散，抑制界面孔隙的形成[6,9,10].但是当焊接压力增加到一定值后，继续增加焊接压力对改善焊接接头性能的作用不是非常明显，而且过大的焊接压力会增加焊接接头的变形，对焊件产生不利影响.

焊前水冷板需经以下处理：① 用丙酮清洗，以去除水冷板试样表面的污物；②依次用800号、1000号、1200号、2000号SiC砂纸水洗打磨；③ 用丙酮超声清洗10 min；④ 吹干，备用.扩散焊工艺参数为焊接温度530 ℃、保温时间7 h和焊接压力3.5 MPa.

3.2 水冷板焊后性能

图5为水冷板焊前与焊后的形貌图.对焊后水冷板试样的尺寸及保压性能进行测试，测试结果列于表1.

图5 水冷板焊接前后的形貌图 (a)焊前；(b)焊后 Fig.5 Pre-welding and post-welding morphology of water-cooled plate (a)pre-welding；(b)post-welding

图5(b)显示，经过真空扩散焊的6061铝合金水冷板，表面仍保持铝的金属光泽，无氧化；焊缝均匀致密，水冷板变形量不高于0.5%.经过2 MPa水压试验，无渗漏现象，耐压性能符合产品的设计要求.

表1 焊后水冷板的测试结果

Table 1 Test results of water cooling plate after welding

样品上盖板下压深度冷板整个平面度上盖板槽边缘变形量水流通测实验水压测试焊后冷板≤0.5mm(铝合金变形量0.5%)≤0.5mm(铝合金变形量0.5%)小于1mm水流通过并未堵塞2 MPa水下保持1 h不漏水

4 结 论

(1)随着焊接温度升高或保温时间的延长，焊接接头的抗拉强度先增加后减小.焊接温度、保温时间及焊接压力的增加，有利于焊接接头的焊缝变薄，甚至一些焊缝区域消失，焊缝区域存在大量的共有晶粒.

(2)在焊接温度530 ℃、保温时间7 h和焊接压力3.5 MPa的条件下，扩散焊接头的抗拉强度达到最大值137.3 MPa；在扩散焊工艺参数相同的条件下，焊后水冷板经2 MPa、保压1 h的水压检测无泄漏，铝合金变形量不高于0.5%，满足产品的使用性能要求.

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