CN102259218A - 真空活化焊接装置 - Google Patents

Abstract

真空活化焊接装置，它涉及一种真空焊接装置，以解决现有陶瓷或复合材料钎焊前进行活性金属化后被暴露于空气中，使活化金属层氧化导致焊接过程中界面结合性差；现有陶瓷或复合材料间接扩散连接，使材料不易装配，影响接头焊后质量的问题。该装置真空室和真空装置、蒸镀装置、清洗装置、输送装置、推拉杆、加压装置、加热装置、两个隔板、活动挡板器、工件高温加热元件、工件台和支架，两个隔板将真空室分为左真空室和右真空室，蒸镀装置与真空室固接，输送装置与真空室固接，推拉杆与真空室连接，加热装置与真空室连接，加压装置固装在真空室上，真空装置与真空室连接，清洗装置固接于真空室上，真空室与支架连接。本发明用于材料的真空焊接。

Description

真空活化焊接装置

技术领域

本发明涉及一种真空焊接装置。

背景技术

陶瓷或复合材料尽管具有优异的耐高温、抗腐蚀及耐磨损性，但由于其塑性差难于加工成复杂构件，因此通常需要将其自身或与其它金属进行连接。在所有的焊接方法中，钎焊和扩散连接是陶瓷或复合材料较为普遍采用的连接方法。由于陶瓷或复合材料表面润湿性非常差，因此钎焊时可以采用直接钎焊与间接钎焊两种方法：直接钎焊即选择含Ti、Hf、Zr、Cr等活性元素的Ag基、Au基或Pd基等活性钎料，但活性钎料的价格非常昂贵，不适合大批量生产；间接钎焊即先在陶瓷或复合材料表面进行活性金属化后再用普通钎料进行钎焊，金属化法主要包括Mn-Mo烧结、化学气相沉积、真空蒸镀、磁控溅射等。而在陶瓷或复合材料表面与金属的扩散连接中，由于两种母材间的热物理性能差异较大，需要在两侧母材间放置一种或多种金属中间层，以降低焊后接头残余应力，实现母材/中间层/母材的间接扩散连接。

目前对于陶瓷或复合材料的间接钎焊，均是将陶瓷或复合材料先在表面改性设备中进行活性金属化后，再把其从表面改性设备中取出置于真空钎焊炉中进行焊接。这种操作流程会将表面进行过活性金属化的陶瓷或复合材料暴露于大气中，使活性金属层污染或氧化，影响普通钎料在活性金属层表面的润湿性，进而降低接头连接强度。而在陶瓷或复合材料的间接扩散连接中，材料装配困难，影响接头焊后质量。

发明内容

本发明目的是提供一种真空活化焊接装置，以解决现有陶瓷或复合材料钎焊前进行活性金属化后被暴露于空气中，使活化金属层氧化导致焊接过程中界面结合性差；现有陶瓷或复合材料间接扩散连接，使材料不易装配，影响接头焊后质量的问题。

本发明为解决上述问题而采取的技术方案是：本发明的真空活化焊接装置包括真空室和真空装置，该装置还包括蒸镀装置、清洗装置、输送装置、推拉杆、加压装置、加热装置、两个隔板、活动挡板器、工件高温加热元件、工件台和支架，真空室卧式放置，两个隔板沿竖直方向上下对称固装于真空室内，两个隔板之间形成一个通道，该通道能实现工件的传递，两个隔板将真空室分为左真空室和右真空室两个部分，蒸镀装置与右真空室内的下壁面固接，输送装置与右真空室内的上壁面固接，所述的输送装置包括升降机构、旋转机构和隔离器，升降机构包括第一电机、第一齿轮、第二齿轮、第一蜗杆和第一蜗轮，第一电机的输出轴沿竖向设置，第一电机的输出轴上固装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮固装在第一蜗杆上，第一蜗杆和第一蜗轮啮合，旋转机构包括第二电机、第三齿轮、第二蜗轮、第二蜗杆、第一伞齿轮、第二伞齿轮、第三蜗杆、升降杆和托架，第二电机的输出轴沿水平设置，第二电机的输出轴上固装有第三齿轮，第三齿轮与第二蜗轮啮合，第二蜗轮固装在第二蜗杆上的一端，第二蜗杆与第一伞齿轮制成一体，第一伞齿轮位于第二蜗杆的另一端，第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合，第二伞齿轮与第三蜗杆啮合，第一蜗轮与旋转机构可拆卸连接，隔离器包括杆柄和隔板，升降杆与杆柄连接，升降杆的下端设置有托架，第三蜗杆的下端设置在右真空室内并与工件高温加热元件连接，工件高温加热元件置于托架内，工件高温加热元件的正下方设置有工件台，工件台置于托架的下端，工件台下方设置有隔板，隔板与杆柄连接，工件台置于右真空室内，推拉杆与右真空室的右壁面中部可拆卸连接，推拉杆的一端置于真空室内，推拉杆为沿真空室的轴向伸缩的杆，加热装置置于左真空室内并与真空室的左壁面连接，加热装置和两个隔板之间设置有活动挡板器，加热装置的右侧壁上设有开口，活动挡板器的上端穿过左真空室的上壁面置于左真空室的外部，活动挡板器的下端设有挡板，挡板靠近加热装置的开口处设置，加热装置的开口与两个隔板之间的通道正对设置，加压装置固装在真空室上，加压装置的上压杆压头和下压杆压头对称设置于加热装置内，真空装置与真空室可拆卸连接，清洗装置固接于右真空室的后壁面上，右真空室的前侧壁上设有一个观察窗，真空室为带有冷却夹套的真空室，真空室的侧壁上装有与冷却夹套相通的进水接头和出水接头，真空室与支架可拆卸连接。

本发明的有益效果是：

(1)实现陶瓷或复合材料表面清理、界面活化及焊接在真空条件下一次完成，不仅焊前装配方便、灵活，而且可以防止待焊面在焊前的二次污染和氧化。

(2)实现气体保护焊：抽真空后再充入气体(氩气或氮气)，保证待焊工件实现气体保护焊。

(3)实现真空钎焊：通过加热装置使真空室内的待焊工件达到工艺要求的温度，能对待焊工件进行钎焊。

(4)本发明在进行间接扩散连接时，由于在待焊工件上施加100N～4900N的压力，所以，材料装配容易，焊后接头连接强度高，质量好。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图；图2是真空室的右视图；图3是图1中输送装置的整体放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式的真空活化焊接装置包括真空室1和真空装置8，该装置还包括蒸镀装置7、清洗装置9、输送装置5、推拉杆6、加压装置4、加热装置2、两个隔板12、活动挡板器3、工件高温加热元件16、工件台15和支架11，真空室1卧式放置，两个隔板12沿竖直方向上下对称固装于真空室1内，两个隔板12之间形成一个通道12-1，该通道12-1能实现工件的传递，两个隔板12将真空室1分为左真空室1-2和右真空室1-1两个部分，蒸镀装置7与右真空室1-1内的下壁面固接，输送装置5与右真空室1-1内的上壁面固接，所述的输送装置5包括升降机构5-1、旋转机构5-2和隔离器5-3，升降机构5-1包括第一电机5-1-1、第一齿轮5-1-2、第二齿轮5-1-3、第一蜗杆5-1-4和第一蜗轮5-1-5，第一电机5-1-1的输出轴沿竖向设置，第一电机5-1-1的输出轴上固装有第一齿轮5-1-2，第一齿轮5-1-2与第二齿轮5-1-3啮合，第二齿轮5-1-3固装在第一蜗杆5-1-4上，第一蜗杆5-1-4和第一蜗轮5-1-5啮合，旋转机构5-2包括第二电机5-2-1、第三齿轮5-2-2、第二蜗轮5-2-3、第二蜗杆5-2-4、第一伞齿轮5-2-5、第二伞齿轮5-2-6、第三蜗杆5-2-7、升降杆5-2-8和托架5-2-9，第二电机5-2-1的输出轴沿水平设置，第二电机5-2-1的输出轴上固装有第三齿轮5-2-2，第三齿轮5-2-2与第二蜗轮5-2-3啮合，第二蜗轮5-2-3固装在第二蜗杆5-2-4上的一端，第二蜗杆5-2-4与第一伞齿轮5-2-5制成一体，第一伞齿轮5-2-5位于第二蜗杆5-2-4的另一端，第一伞齿轮5-2-5与第二伞齿轮5-2-6啮合，第二伞齿轮5-2-6与第三蜗杆5-2-7啮合，第一蜗轮5-1-5与旋转机构5-2可拆卸连接，隔离器5-3包括杆柄5-3-1和隔板5-3-2，升降杆5-2-8与杆柄5-3-1连接，升降杆5-2-8的下端设置有托架5-2-9，第三蜗杆5-2-7的下端设置在右真空室1-1内并与工件高温加热元件16连接，工件高温加热元件16置于托架5-2-9内，工件高温加热元件16的正下方设置有工件台15，工件台15置于托架5-2-9的下端，工件台15下方设置有隔板5-3-2，隔板5-3-2与杆柄5-3-1连接，工件台15置于右真空室1-1内，推拉杆6与右真空室1-1的右壁面中部可拆卸连接，推拉杆6的一端置于真空室1-1内，推拉杆6为沿真空室1的轴向伸缩的杆，加热装置2置于左真空室1-2内并与真空室1的左壁面连接，加热装置2和两个隔板12之间设置有活动挡板器3，加热装置2的右侧壁上设有开口，活动挡板器3的上端穿过左真空室1-2的上壁面置于左真空室1-2的外部，活动挡板器3的下端设有挡板3-1，挡板3-1靠近加热装置2的开口处设置，加热装置2的开口与两个隔板12之间的通道12-1正对设置，加压装置4固装在真空室1上，加压装置4的上压杆压头4-1和下压杆压头4-2对称设置于加热装置2内，真空装置8与真空室1可拆卸连接，清洗装置9固接于右真空室1-1的后壁面上，右真空室1-1的前侧壁上设有一个观察窗10，真空室1为带有冷却夹套13的真空室，真空室1的侧壁上装有与冷却夹套13相通的进水接头14和出水接头18，真空室1与支架11可拆卸连接。

本实施方式的旋转机构5-2的升降通过与旋转机构5-2可拆卸连接的第一蜗轮5-1-5实现。

具体实施方式二：结合图1～图2说明本实施方式，本实施方式所述的清洗装置9为离子束溅射清洗装置、辉光放电清洗装置或反溅清洗装置中的其中一种。如此设置，满足设计要求。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～图2说明本实施方式，本实施方式所述的蒸镀装置7为电阻加热蒸镀装置或电子束加热蒸镀装置。如此设置，满足设计要求。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的加热装置2为电阻辐射加热装置或高频感应加热装置。如此设置，操作简单，加热效率高，满足设计要求。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的加压装置4为气动式加压装置或液压式加压装置。如此设置，满足设计要求。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的工件高温加热元件16为电阻丝。如此设置，热效率高，满足设计要求。其它与具体实施方式一相同。

工作原理：将工件17用专用夹具(专用夹具需根据试样形状和尺寸进行设计)夹持在工件台15上，封闭真空室1，同时冷却夹套13通循环冷却水，启动真空装置8，待真空室1内的真空度达到10^-5～10^-3Pa后，采用清洗装置9对工件17进行清洗，将清洗后的工件17通过工件高温加热元件16加热至350℃～400℃后，采用蒸镀装置7对工件17进行蒸镀(调试蒸镀装置7时转动杆柄5-3-1将隔板5-3-2置于工件17下方，蒸镀装置7调试合适后，转动杆柄5-3-1将隔板5-3-2移开工件17)，蒸镀结束后，启动升降机构5-1和旋转机构5-2将工件17置于右真空室1-1指定位置，采用推拉杆6将蒸镀后的工件17夹持取下，同时，移开加热装置2的右侧壁上开口处的挡板3-1，用推拉杆6将工件17传递至加压装置4下压杆压头4-2上放置的另一待焊件上，加压装置4施加压力将上压杆压头4-1和下压杆压头4-2之间的两个工件贴合后，回拉推拉杆6，根据需要进行真空条件下的气体保护焊、真空钎焊或扩散连接。

Claims (6)

1.真空活化焊接装置，该装置包括真空室(1)和真空装置(8)，其特征在于：该装置还包括蒸镀装置(7)、清洗装置(9)、输送装置(5)、推拉杆(6)、加压装置(4)、加热装置(2)、两个隔板(12)、活动挡板器(3)、工件高温加热元件(16)、工件台(15)和支架(11)，真空室(1)卧式放置，两个隔板(12)沿竖直方向上下对称固装于真空室(1)内，两个隔板(12)之间形成一个通道(12-1)，该通道(12-1)能实现工件的传递，两个隔板(12)将真空室(1)分为左真空室(1-2)和右真空室(1-1)两个部分，蒸镀装置(7)与右真空室(1-1)内的下壁面固接，输送装置(5)与右真空室(1-1)内的上壁面固接，所述的输送装置(5)包括升降机构(5-1)、旋转机构(5-2)和隔离器(5-3)，升降机构(5-1)包括第一电机(5-1-1)、第一齿轮(5-1-2)、第二齿轮(5-1-3)、第一蜗杆(5-1-4)和第一蜗轮(5-1-5)，第一电机(5-1-1)的输出轴沿竖向设置，第一电机(5-1-1)的输出轴上固装有第一齿轮(5-1-2)，第一齿轮(5-1-2)与第二齿轮(5-1-3)啮合，第二齿轮(5-1-3)固装在第一蜗杆(5-1-4)上，第一蜗杆(5-1-4)和第一蜗轮(5-1-5)啮合，旋转机构(5-2)包括第二电机(5-2-1)、第三齿轮(5-2-2)、第二蜗轮(5-2-3)、第二蜗杆(5-2-4)、第一伞齿轮(5-2-5)、第二伞齿轮(5-2-6)、第三蜗杆(5-2-7)、升降杆(5-2-8)和托架(5-2-9)，第二电机(5-2-1)的输出轴沿水平设置，第二电机(5-2-1)的输出轴上固装有第三齿轮(5-2-2)，第三齿轮(5-2-2)与第二蜗轮(5-2-3)啮合，第二蜗轮(5-2-3)固装在第二蜗杆(5-2-4)上的一端，第二蜗杆(5-2-4)与第一伞齿轮(5-2-5)制成一体，第一伞齿轮(5-2-5)位于第二蜗杆(5-2-4)的另一端，第一伞齿轮(5-2-5)与第二伞齿轮(5-2-6)啮合，第二伞齿轮(5-2-6)与第三蜗杆(5-2-7)啮合，第一蜗轮(5-1-5)与旋转机构(5-2)可拆卸连接，隔离器(5-3)包括杆柄(5-3-1)和隔板(5-3-2)，升降杆(5-2-8)与杆柄(5-3-1)连接，升降杆(5-2-8)的下端设置有托架(5-2-9)，第三蜗杆(5-2-7)的下端设置在右真空室(1-1)内并与工件高温加热元件(16)连接，工件高温加热元件(16)置于托架(5-2-9)内，工件高温加热元件(16)的正下方设置有工件台(15)，工件台(15)置于托架(5-2-9)的下端，工件台(15)下方设置有隔板(5-3-2)，隔板(5-3-2)与杆柄(5-3-1)连接，工件台(15)置于右真空室(1-1)内，推拉杆(6)与右真空室(1-1)的右壁面中部可拆卸连接，推拉杆(6)的一端置于真空室(1-1)内，推拉杆(6)为沿真空室(1)的轴向伸缩的杆，加热装置(2)置于左真空室(1-2)内并与真空室(1)的左壁面连接，加热装置(2)和两个隔板(12)之间设置有活动挡板器(3)，加热装置(2)的右侧壁上设有开口，活动挡板器(3)的上端穿过左真空室(1-2)的上壁面置于左真空室(1-2)的外部，活动挡板器(3)的下端设有挡板(3-1)，挡板(3-1)靠近加热装置(2)的开口处设置，加热装置(2)的开口与两个隔板(12)之间的通道(12-1)正对设置，加压装置(4)固装在真空室(1)上，加压装置(4)的上压杆压头(4-1)和下压杆压头(4-2)对称设置于加热装置(2)内，真空装置(8)与真空室(1)可拆卸连接，清洗装置(9)固接于右真空室(1-1)的后壁面上，右真空室(1-1)的前侧壁上设有一个观察窗(10)，真空室(1)为带有冷却夹套(13)的真空室，真空室(1)的侧壁上装有与冷却夹套(13)相通的进水接头(14)和出水接头(18)，真空室(1)与支架(11)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的真空活化焊接装置，其特征在于：所述的清洗装置(9)为离子束溅射清洗装置、辉光放电清洗装置或反溅清洗装置中的其中一种。

3.根据权利要求1或2所述的真空活化焊接装置，其特征在于：所述的蒸镀装置(7)为电阻加热蒸镀装置或电子束加热蒸镀装置。

4.根据权利要求1所述的真空活化焊接装置，其特征在于：所述的加热装置(2)为电阻辐射加热装置或高频感应加热装置。

5.根据权利要求1或2所述的真空活化焊接装置，其特征在于：所述的加压装置(4)为气动式加压装置或液压式加压装置。

6.根据权利要求1所述的真空活化焊接装置，其特征在于：所述的工件高温加热元件(16)为电阻丝。

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