CN101537555A - 玻璃与金属焊接夹具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种玻璃与金属焊接夹具，目的是提出一种高温焊接的夹具，该夹具尤其适用于管状玻璃与金属的焊接，提高了管状玻璃与金属焊接的焊接夹持力、强度、持久寿命及焊接过程中焊接压力的给予。本发明的技术方案是：一种焊接夹具，包括高温合金制成的上、下模和石墨垫，石墨垫设在上、下模之间，所述上、下模上设有螺孔，螺孔内设有螺栓，螺栓将上模和下模连接在一起，螺母设在螺栓的两端，在螺母与上模或下模端面之间的螺栓上设有弹簧，所述石墨垫为锥形。

Description

玻璃与金属焊接夹具

技术领域

本发明涉及一种夹具，具体涉及一种玻璃与金属焊接的夹具。

背景技术

在太阳能集热器的玻璃与金属封装领域中涉及到高温焊接，这类焊接中所用到的焊接夹具需要有耐高温性、耐高压性、抗腐蚀性、加工性和延性。现有的焊接夹具包括上、下模和设在上、下模之间的两层石墨垫，所述上、下模和石墨垫上设有螺孔，和螺孔相应的螺栓将上、下模和石墨垫连接在一起，螺母在螺栓的两端固定上、下模和石墨垫，所述上、下模由高温合金制成，这种夹具具有耐高温和耐高压的优点，但在管状玻璃与金属焊接过程中达不到完全受压，影响了焊接质量。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，对焊接夹具进行改进，提出一种高温焊接夹具，该夹具尤其适用于管状玻璃与金属的焊接，提高了管状玻璃与金属焊接夹具的夹持质量、强度、持久寿命及焊接过程中焊接压力的给予。

本发明的技术方案是：玻璃与金属焊接夹具，包括高温合金制成的上、下模和石墨垫，石墨垫设在上、下模之间，所述上、下模上设有螺孔，螺孔内设有螺栓，螺栓将上模和下模连接在一起，螺母设在螺栓的两端，在螺母与上模或下模端面之间的螺栓上设有弹簧，所述石墨垫为锥形。

本发明中石墨垫采用锥形高纯石墨，在焊接件焊接过程中，石墨垫的一端与管状玻璃受压端接触，并嵌入管状焊接件内，在焊接封装时通过其锥形结构与焊接件形成紧配合，通过上、下模的施压使其对焊接件形成完全压力，压力越大与焊接件配合越紧密，达到高温焊接时焊接件间隙的要求。锥形石墨垫的锥形角度基本上根据玻璃焊件的尺寸制作，角度范围为1°～4°。锥形石墨垫与锥形的玻璃焊接件的锥形角度差最好小于0.1°，且石墨垫锥形长度大于20mm，尽可能增加焊接的接触面积，增加焊接的成功率。

所述高温合金制成的上、下模采用镍基高温合金，由于镍基高温合金使用温度范围高，具有在使用温度下有较高的强度，优良的抗氧化合抗腐蚀性，是应用最广泛的高温合金。

所述弹簧由高温合金制成；主要用于防止焊接后由于钎料熔化造成焊接件总体产生高度变化，使螺栓螺母固定产生的预紧力消失。所述弹簧的选择：根据所需要的螺栓预紧力确定其所需要的弹力，螺栓预紧力由公式 $Q_p\≈\frac{T}{0.2d}$ 确定，其中Q_p为预紧力，T为扭矩，d为螺纹外径。再按弹簧的弹力公式确定弹簧的尺寸，即：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比。写作：F＝k·x，其中F表示弹簧的弹力；x是弹簧伸长或缩短的长度，x＝x’-x₀或x＝x₀-x’。x’为变形后的弹簧，x₀为弹簧初始长度；k为弹簧的劲度系数。

采用本发明，可以获得具有强度高、夹持质量好及使用寿命高等特性的焊接夹具，保证了管状玻璃与金属的高温焊接质量，整体成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对发明作进一步说明。

参照附图1，一种焊接夹具，包括镍基高温合金制成的上模3、下模8和石墨垫4，石墨垫4设在上、下模3、8之间，上、下模上设有螺孔，螺孔内设有螺栓7，将上模3和下模8连接在一起，螺母1设在螺栓的上端，在螺母1与上模4上端面之间的螺栓上设有弹簧2，石墨垫4为锥形。

本实施例中，上模3和下模8：按制所需要焊接部件的长度确定尺寸，一般厚度为5mm；上、下模有铸造的，也有焊接的。为防止夹具在高温下变形，增加模具刚性，下模通常是一个整块的并有长方形“井”字骨架结构。

石墨垫4的选择：按照焊接件尺寸确定尺寸，一是为了在夹具安装时起防止夹具与焊接件有直接的刚性接触，起一个过渡的作用；且在高温焊接的冷却阶段可以散热的效果；二根据焊接件真空度的要求，可以在焊接封装时插入焊接件的内部，通过其锥形结构与焊接件的锥形部位形成紧配合，通过上模3和下模8的施压使其对焊接件形成完全压力，且压力越大与焊接件配合越紧密，达到高温焊接时焊接件间隙的要求；石墨垫锥形角度根据玻璃焊接件6的锥度制作，角度范围为1°～4°，在生产过程中必须精密控制其锥形角度，与玻璃焊接件6配套生产，两者锥形角度差要求小于0.1°，且锥形长度大于20mm，尽可能增加焊接的接触面积，增加焊接的成功率。

弹簧2的选择：由高温合金制成；主要防止焊接后由于钎料熔化造成焊接件总体产生高度变化，使螺栓螺母固定产生的预紧力消失。弹簧的尺寸根据所需要的预紧力，按弹簧的弹力公式确定，即：在弹性限度内，弹簧的弹力和弹簧的形变量(伸长或压缩值)成正比，写作：F＝k·x，其中：

“F”：表示弹簧的弹力，弹力是弹簧发生形变时对施力物的作用力。“x”：是弹簧伸长或缩短的长度，x＝x’-x₀或x＝x₀-x’，x’为变形后的弹簧长度，x₀为弹簧初始长度。

“k”：叫弹簧的劲度系数，它描述单位形变量时所产生弹力的大小，k值大，说明形变单位长时需要的力大，或者说弹簧“硬”。k跟弹簧材料、长短、粗细等都有关系。k的国际单位是牛/米。

在本实施例中，金属焊接件5和玻璃焊接件6相接触的部位为锥形，相接触的表面是含有焊条的，在到达焊接的温度时，焊条是会熔化的，这时，原本测量的金属焊接件5的厚度就会减少，如果不用弹簧而直接用螺栓、螺母固定的话，此时因为金属焊接件5的厚度减少使螺母与工件间产生相对的空隙从而使螺栓的预紧力对金属焊接件和玻璃焊接件6的压力就会减少，这种发生在焊接过程中的压力减少现象有可能使金属焊接件5和玻璃焊接件6的相对位置发生位移的变化，从而使焊接件的质量受到影响，降低了成品率，增加了成本。而使用弹簧后，由于预紧力对弹簧的挤压，由F＝k·x公式可以计算出x的数值大小，而焊接过程中金属焊接件5的厚度减少会使x这个参数的数值也减小，虽然F因为F＝k·x减少对金属焊接件5和玻璃焊接件6的压力减少，但由于弹簧本身的伸缩使得螺母、弹簧和工件间没有因为焊条的熔化而产生空隙使预紧力对金属焊接件5和玻璃焊接件6的压力减小，保证了焊接过程中金属焊接件5和玻璃焊接件6的位置的相对固定，有助于保证焊接质量和成品率。

螺栓7和螺母1的选择；保证焊接夹具的夹持牢固，防止焊接时因夹具组装的错位引起焊接问题。其中焊接时确定螺栓尺寸因素之一的预紧力的大小与零件材料及螺纹直径等有关。预紧力Qp的数值应根据载荷性质、联接刚度等条件确定。在使用中所施加的预紧力是由旋紧螺帽所施加的扭矩T给出，T可以使用测力扳手在旋紧螺帽时测出。拧紧力矩T等于螺旋副间的摩擦阻力矩T₁和螺母环形端面与被联接件(或垫圈)支承面间的摩擦阻力矩T₂之和，即：

T＝T₁+T₂                        (1)

螺旋副间的摩擦力矩为：

$T_1=Q_p\frac{d_2}{2}\mathrm{tg}(\mathrm{\ψ}+{\mathrm{\φ}}_v)---\left(2\right)$

螺母与支承面间的摩擦力矩为：

$T_2=\frac{1}{3}{f}_c{Q}_P\frac{D_0^3-d_0^3}{D_0^2-d_0^2}---\left(3\right)$

将(2)和(3)代入(1)得

$T=\frac{1}{2}{Q}_P[d_2\mathrm{tg}(\mathrm{\ψ}+{\mathrm{\φ}}_v)+\frac{2}{3}{f}_c\frac{D_0^3-d_0^3}{D_0^2-d_0^2}]---\left(4\right)$

对于M10～M玻璃焊接件64普通螺纹的钢制螺栓，螺纹升角ψ＝1°42′～3°2′，螺纹中径d₂≈0.9d；螺旋付的当量摩擦角φ_v＝arctg1.55f(f为摩擦系数，无润滑时f≈0.1～0.2)；螺栓孔直径d₀≈1.1d，螺母环形支承面的外径D₀≈1.5d；螺母与支承面间的摩擦系数为f_c＝0.15。将上述各参数代入(4)整理后可得

T≈0.2Q_pd                       (5)

因此螺栓预紧力为：

$Q_p\≈\frac{T}{0.2d}$ (玻璃焊接件6)

夹具组装：除了严格按照尺寸制造外，各元件表面还应除去毛刺，然后就可以根据焊接的要求进行夹具的组装，组装是在专门的台位上进行，组装时，焊接件5、玻璃焊接件6、钎料、石墨垫4、上、下模3、8交替迭置，用弹簧2、螺栓7、螺母1组固定好夹具后，要确保夹具夹持牢固，以防止焊接时因夹具组装的错位引起焊接问题。

Claims (6)

1、一种玻璃与金属焊接夹具，包括高温合金制成的上、下模和石墨垫，石墨垫设在上、下模之间，所述上、下模上设有螺孔，螺孔内设有螺栓，螺栓将上模和下模连接在一起，螺母设在螺栓的两端，在螺母与上模或下模端面之间的螺栓上设有弹簧，其特征是，所述石墨垫为锥形。

2、根据权利要求1所述的夹具，其特征是，所述锥形石墨垫的锥形角度范围为1°～4°。

3、根据权利要求1所述的夹具，其特征是，所述锥形石墨垫锥形长度大于20mm。

4、根据权利要求1所述的夹具，其特征是，所述高温合金制成的上、下模采用镍基高温合金。

5、根据权利要求1所述的夹具，其特征是，所述弹簧由高温合金制成，根据所需要的螺栓预紧力确定弹簧所需要的弹力，按弹簧的弹力公式确定弹簧的尺寸，螺栓预紧力由公式 $Q_p\≈\frac{T}{0.2d}$ 确定，其中Q_p为预紧力，T为扭矩，d为螺纹外径。

6、根据权利要求1所述的夹具，其特征是，所述下模是一个整体，并设有长方形“井”字骨架结构。

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