铝合金不但具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性,而且低温(0~-196℃)下的韧性好,强度与塑性甚至随着温度的下降而有所提高。铝及其合金同时还具有良好的成形工艺性,因此成为众多工业制造领域中应用最广泛的一种轻金属结构材料。铝合金在石油化工设备、汽车、船舶、轨道交通等领域获得了广泛的应用;随着材料性能的不断提高及新型的硬铝、超硬铝等材料的出现,在航空航天、兵器工业、高速鱼雷快艇等领域得到了越来越广泛的应用,成为国防工业中一种重要的轻金属结构材料。
作为一项摩擦热-机械力耦合作用下的固相焊接技术,搅拌摩擦焊接过程中没有接头材料的熔化与凝固现象产生,焊接过程中的热输入比较低,较熔焊相比,搅拌摩擦焊构件残余应力较低、变形相对较小。但在铝合金水冷结构搅拌摩擦焊的生产实践中,焊缝呈蛇形密集分布,其焊接应力与变形问题还是表现得很突出。焊接应力和变形是直接影响水冷散热板性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。焊接残余应力对接头的疲劳性能以及水冷板的抗腐蚀性能有严重的影响,在一定条件下还会对水冷板的力学特性和形状尺寸精度有不利的影响。对水冷散热板焊接应力变形的处理成为水冷板生产制造中最为关键的控制因素。
水冷散热板常规焊接应力和变形的处理多采用去应力高温退火和大变形量反变形的方式。为达到好的去应力的效果,对于6061/6063-T6等常用水冷散热板材料,需要加热到510度,保温5小时,然后随炉冷却,冷至200度出炉空冷。不仅生产效率较低,更为关键的是过高的加热温度使材料强化相析出,性能下降严重。以6061-T6为例,其拉伸强度在280MPa以上,经过去应力退火后材料拉伸强度不足120MPa,软化现象严重。而大变形量过变形的处理方式则由于所施加的变形力超出材料的屈服极限,为焊接质量留下隐患,甚至造成水冷散热板焊缝开裂,导致产品报废。