CN101708964B - 一种玻璃和金属真空钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃和金属真空钎焊工艺，该工艺操作简单，成本低，具有良好的经济效果。本发明的技术方案是：一种玻璃和金属真空钎焊工艺，该工艺包括以下步骤：1)将玻璃和金属工件进行表面处理；2)将处理好的焊接工件安放到真空钎焊炉中，抽真空加热，进行真空钎焊；其特征是，上述步骤1)中包括：对玻璃表面进行粗化和清洁处理，对金属工件进行表面净化和光洁度处理；对玻璃表面进行化学电镀处理。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种利用真空钎焊技术对玻璃和金属进行封接的工艺制造方法，该方法可以应用到与玻璃和金属连接相关的领域中。
背景技术
玻璃和金属的封接技术已经广泛应用于制造各种高质量的电光源、电子管以及其它电真空器件，近年来又应用到太阳能热发电技术中，并成为太阳能集热管的关键技术。对于太阳能集热管中的玻璃和金属封接接头，不仅要保证集热管一定的真空度，同时由于昼夜温差变化大，还要承受到较大的拉应力和交变载荷的作用，这对接头提出了很高的质量要求。而玻璃和金属的封接是异种材料之间的连接，由于它们的材料物理性能差异很大，使它们的连接存在很多困难，连接方法也非常有限。目前常用的封接方法主要有高温熔封和场致扩散连接，利用真空钎焊封接的非常少，并且采用熔封和场致扩散连接的工艺方法获得的焊接接头质量不高，难以满足太阳能集热器中玻璃和金属封接接头的质量要求。
本发明正是在上述的技术背景下从实践中产生的，利用本钎焊工艺可以提高玻璃和金属焊接接头的质量，操作简单，成本低，可以获得很好的经济效益。
发明内容
本发明的目的是从玻璃和金属真空钎焊的实际出发，提出了一种可以提高玻璃和金属封接接头质量的钎焊工艺。该工艺操作简单，成本低，具有良好的经济效果。
一种玻璃和金属真空钎焊工艺，该工艺包括以下步骤：1)将玻璃和金属工件进行表面处理；2)将处理好的焊接工件安放到真空钎焊炉中，抽真空加热，进行真空钎焊；其特征是，上述步骤1)中包括：
步骤1.1)对玻璃表面进行粗化和清洁处理，对金属工件进行表面净化和光洁度处理；
步骤1.2)对玻璃表面进行化学电镀处理。
上述步骤1.1)中对玻璃表面的粗化处理是为了让玻璃表面获得一定的粗糙度，不仅可以改善它的机械性能，提高了玻璃的抗疲劳性，还增加了玻璃和化学镀层之间的附着力，延长了镀层使用的寿命。玻璃和金属的表面清洁处理是为了提高钎料与焊接工件的润湿性，以满足真空钎焊工艺要求。
上述步骤1.2)中对玻璃表面进行电镀处理是真空钎焊的关键环节。由于钎焊过程中玻璃很难被钎料润湿，对玻璃表面进行电镀处理是为了增加玻璃的润湿性，因此电镀的质量至关重要。
上述步骤1.1)中进一步包括：将玻璃表面进行喷砂处理，然后用丙酮、乙醇和清水清洗表面；金属工件放到烧氢炉中进行“烧氢”净化处理，再用砂纸和金相纸对其端面进行打磨，得到有一定粗糙度的光洁的端面后，再分别用丙酮、乙醇和清水清洗。最后将玻璃和金属工件放在烘干箱中烘干备用。
喷砂处理是为了玻璃表面获得一定的粗糙度，金属工件的“烧氢”处理可以去掉金属表面的油污、杂质、气体等污物，以免封接时在封接处产生气泡，影响焊接接头的气密性和机械强度。金属表面进行打磨一方面可以使端面平整，保证工件和钎料之间的配合满足钎焊工艺要求，另一方面可以去掉金属表面的氧化膜，保证钎料与金属母材的润湿性。焊接工件的清洗也是为了让钎料与工件界面之间有良好的流动性和润湿性。
上述步骤1.2)中进一步包括：将金属工件表面镀上一层均匀的铜。玻璃材料主要由离子键和共价键结合，表现出非常稳定的电子配对，很难被熔化的金属所润湿，在玻璃表面镀上一层均匀的铜可以提高它的润湿性以满足钎焊的工艺要求。
上述步骤2)中的焊接工件安装步骤进一步包括：利用抗高温耐热夹具将玻璃、钎料和金属按照钎焊的工艺要求组装在一起。
所述步骤2.1)中进一步包括：在抗高温耐热夹具的上、下模之间设置两层石墨板，将焊接件放在两层石墨板之间，在上、下模的螺孔中插入螺栓，将上、下模连接在一起，再用螺母在螺栓的两端固定(请确认是否有放置的顺序)。膨胀石墨具有耐高温、耐腐蚀、抗热震性、膨胀体积大、优良的回弹性和与金属材料具有良好的接触性等特点，可以利用石墨在高温下的膨胀变形来保证焊缝的间隙精度，从而保证钎料的润湿性；在冷却过程中，利用回弹性好的特性，螺栓的预紧力随着夹具及焊接工件的收缩变形而逐渐恢复到加热前的状态，不仅保证在整个焊接过程中焊接件受到螺栓的预紧力变化小，而且石墨板可以多次重复使用而不至于很快报废，但膨胀石墨机械强度不高，选择带金属骨架的膨胀石墨板可以使它具有足够的机械强度，综合考虑这些因素，石墨板采用了带金属骨架的膨胀石墨材料。本工艺的钎焊温度一般在680℃左右，1Cr18Ni9Ti的最高使用温度是870℃，满足玻璃和金属真空钎焊的工艺要求，所以金属骨架材料选择1Cr18Ni9Ti。
上述步骤2)中真空钎焊焊接进一步包括以下工艺流程：
将组装好的焊接工件放置在钎焊炉真空加热室当中，并关闭炉门；
钎焊前，启动钎焊炉的真空系统，将炉内抽真空在4×10-2Pa以下；
启动加热系统，工件随炉加热升温至550℃时，保温至炉内真空度为4×10-2Pa，使工件各部位的温度均匀，钎焊炉内继续升温至钎焊温度，保温10～30min后停止加热，随炉慢慢冷却，出炉温度在50℃以下。
本发明的真空钎焊焊接步骤少，工艺流程简单，成本低，易于实现批量生产，焊接接头的抗拉强度可以达到20MPa以上，能够产生很好的经济效果。
附图说明
图1是本发明实施例1玻璃和金属真空钎焊安装示意图。
图2是本发明实施例1玻璃和金属真空钎焊工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
一种玻璃和金属真空钎焊工艺，该工艺包括以下步骤：
1)对玻璃和金属表面进行处理：
i.对玻璃表面进行喷砂处理，然后用丙酮、乙醇和清水清洗表面；金属工件放到烧氢炉中进行“烧氢”净化处理，再用1000#砂纸和金相纸对其端面进行打磨，得到有一定粗糙度的光洁的端面后，再分别用丙酮、乙醇和清水清洗。最后将玻璃和金属工件在烘干箱中烘干备用。
ii.将玻璃工件表面镀上一层均匀的铜。
2)将处理好的焊接工件进行组装，然后放在真空钎焊炉中，抽真空，加热进行真空钎焊：
i.将钎料5预置在玻璃4和金属6的焊接界面中，考虑到焊接中夹具膨胀变形的影响，同时为了防止夹具在安装时直接与焊接件刚性接触，起到一个缓冲作用，以免玻璃受到挤压而发生破裂，故在上模9和下模8内侧分别设置膨胀石墨板3和7，让上、下模通过石墨板与玻璃和金属工件接触，利用螺栓1插入相应的螺孔10，并通过螺母2将上模9和下模8连接在一起，最终如图1所示。
ii.进行真空钎焊焊接：
将组装好的焊接工件放置在钎焊炉真空加热室当中，并关闭炉门；
钎焊前，启动钎焊炉的真空系统，将炉内抽真空在4×10-2Pa以下；
启动加热系统，工件随炉加热升温至550℃时，保温至炉内真空度为4×10-2Pa，使工件各部位的温度均匀，钎焊炉内继续升温至钎焊温度，保温10～30min后停止加热，随炉慢慢冷却，出炉温度为50℃以下。玻璃和金属真空钎焊过程的工艺流程如图2所示。
Claims (7)
1.一种玻璃和金属的真空钎焊工艺，该工艺包括以下步骤：1)将玻璃和金属工件进行表面处理；2)将处理好的焊接工件安放到真空钎焊炉中，抽真空加热，进行真空钎焊；其特征是，上述步骤1)中包括：
步骤1.1)对玻璃表面进行粗化和清洁处理，对金属工件进行表面净化和光洁度处理；
步骤1.2)对玻璃表面进行化学电镀处理，将玻璃工件表面镀上一层均匀的铜；上述步骤2)中真空钎焊焊接包括以下工艺流程：
将组装好的焊接工件放置在钎焊炉真空加热室当中，并关闭炉门；
钎焊前，启动钎焊炉的真空系统，将炉内抽真空在4×10-2Pa以下；
启动加热系统，工件随炉加热升温至550℃时，保温至炉内真空度为4×10-2Pa，使工件各部位的温度均匀，钎焊炉内继续升温至钎焊温度，保温10～30min后停止加热，随炉慢慢冷却，出炉温度在50℃以下。
2.根据权利要求1所述的钎焊工艺，其特征是，上述步骤1.1)中进一步包括：将玻璃表面进行喷砂处理，然后用丙酮、乙醇和清水清洗表面；金属工件放到烧氢炉中进行“烧氢”净化处理，再用砂纸和金相纸对其端面进行打磨，得到有一定粗糙度、光洁的端面后，再分别用丙酮、乙醇和清水清洗，最后将玻璃和金属工件在烘干箱中烘干备用。
3.根据权利要求1所述的钎焊工艺，其特征是，上述步骤2)中的焊接工件安装步骤进一步包括：步骤2.1)利用抗高温耐热夹具将玻璃、钎料和金属按照钎焊的工艺要求组装在一起。
4.根据权利要求3所述的钎焊工艺，其特征是，所述步骤2.1)中进一步包括：在抗高温耐热夹具的上、下模之间设置两层石墨板，将焊接件放在两层石墨板之间，在上、下模的螺孔中插入螺栓，将上、下模连接在一起，再用螺母在螺栓的两端固定。
5.根据权利要求4所述的钎焊工艺，其特征是，所述石墨板采用带金属骨架的膨胀石墨材料制成。
6.根据权利要求4所述的钎焊工艺，其特征是，所述夹具上模和下模与石墨板的接触平面为正方形。
7.根据权利要求5所述的钎焊工艺，其特征是，所述带金属骨架的膨胀石墨材料中金属骨架材料选择1Cr18Ni9Ti。
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