CN103008813A - 预设温度梯度的浸渍钎焊方法及专用钎焊炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预设温度梯度的浸渍钎焊方法，首先在钎焊炉中水平放置环形隔板，使钎焊炉内形成至少两个相对独立的空间；利用不同功率的加热体对钎焊炉上下部分别进行加热，使炉内的熔融钎料形成自下而上温度逐渐升高的温度梯度，工件浸入其中进行焊接，工件各部位与接触的熔融钎料的温度达到相同；将工件缓慢移出，钎焊工件的底部钎料首先凝固，逐渐向上顺序凝固，使钎缝中的气体在凝固过程中排出，钎焊过程完成。本发明还公开了专用的钎焊炉。本发明很好的解决了浸渍钎焊时焊件存在的气孔多、钎着率低、产品质量不稳定且能耗大等问题。钎焊炉结构简单，操作方便，可根据不同的工艺要求设定不同的温度梯度，满足了不同焊件的钎焊要求。

Description

预设温度梯度的浸渍钎焊方法及专用钎焊炉
技术领域
本发明涉及浸渍钎焊技术，尤其是涉及一种预设温度梯度的浸渍钎焊方法，本发明还涉及该浸渍钎焊方法中专用的钎焊炉。
背景技术
    浸渍钎焊是把焊件的局部或整体浸入熔融的钎料或混合盐槽中，借助液体介质的热传导将工件加热到钎焊温度实现钎焊的一种技术。浸渍钎焊加热速度快，加热均匀，生产效率高，焊件的变形小，晶粒长大和脱碳现象不显著，且能保护焊件不受氧化，钎焊过程中控温准确(±5oC)，易于实现机械化，在工业上应用非常广泛。但是，在传统的浸渍钎焊工艺中，钎焊炉需要连续加热，而且炉中的温度场是中间高表面低，在焊件取出的过程中，焊件上部的钎料先凝固，钎缝中气体杂质的排除路径被封闭，气体不易排出，形成气孔等缺陷，引起钎缝致密度差、钎着率低等缺陷，产品质量不稳定。对于形状复杂的焊件，气体排出更加困难，产品质量无法保证。为了改善钎焊质量，普遍采用的方法是延长浸入时间，增加了能源消耗和环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高钎着率，保证产品质量稳定的预设温度梯度的浸渍钎焊方法，本发明还提供了该浸渍钎焊方法中专用的钎焊炉。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的预设温度梯度的浸渍钎焊方法，包括下述步骤：
第一步，根据待钎焊工件的体积，选择在钎焊炉内腔中水平放置至少一层环形隔板，使钎焊炉内腔形成至少两个相对独立的空间，环形隔板的中部孔径以能放入钎焊工件为宜；
第二步，根据工艺要求，利用不同功率的加热体对钎焊炉上下部分别进行加热，使炉内的熔融钎料或熔盐形成自下而上温度逐渐升高的温度梯度，并通过温度监测装置随时进行监测；
第三步，达到预设的温度梯度后，将钎焊工件浸入熔融钎料或熔盐中进行焊接，一定时间后（1-2分钟），钎焊工件各部位与接触的熔融钎料或熔盐的温度达到相同，即在钎焊工件体上也形成下低上高的温度梯度；
第四步，将钎焊工件缓慢移出钎焊炉，钎焊工件的底部钎料首先凝固，然后逐渐向上顺序凝固，使钎缝中的气体在凝固过程中排出，钎焊过程完成。
上述第二步完成后，如果温度梯度未达到预设要求，可以通过炉体底部的冷却调温装置降低炉腔底部的温度，保证炉腔底部的温度低于炉腔上部的温度。
本发明专用于该浸渍钎焊方法中的钎焊炉，包括铺设有炉衬的炉体，置于炉体内的石墨坩埚内侧壁上设置有保温层；水平活动设置在所述石墨坩埚中的环形隔板将石墨坩埚内腔分成多个相对独立的腔室，在所述炉衬内自上而下与各腔室位置相对应的设置有多个加热体，所述加热体的功率自上而下依次减小；在所述石墨坩埚内腔中设置有温度监测装置。
所述炉体的下部设置有调温冷却装置，所述调温冷却装置为环置于石墨坩埚保温层内的冷却水管。
所述的温度监测装置为测温元件分别延伸进各腔室中的热电偶。
本发明的浸渍钎焊方法很好的解决了浸渍钎焊时焊件存在的气孔多、钎着率低、产品质量不稳定且能耗大等问题。通过对炉内的熔融钎料和熔盐预设温度梯度，使待焊工件浸入其内钎焊时也形成与其相同的温度梯度，钎焊结束，移出焊件时，由于焊件上部的钎料温度高于底部钎料的温度，所以底部钎料首先凝固，于是在钎缝中形成自下而上的顺序凝固，钎缝中的气体在凝固过程中排出，从而消除了钎缝中的气孔缺陷，提高了钎着率，保证了产品的质量及其稳定性。
本发明专用的钎焊炉结构简单，操作方便，可根据不同的工艺要求设定不同的温度梯度，满足了不同焊件的钎焊要求。 
附图说明
图1是本发明钎焊炉的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的预设温度梯度的浸渍钎焊方法，包括下述步骤：
第一步，根据待钎焊工件的体积，选择在钎焊炉内腔中水平放置至少一层环形隔板，使钎焊炉内腔形成至少两个相对独立的空间，如果钎焊的工件较大，则环形隔板可以放置多层，环形隔板的中部孔径以能放入钎焊工件为宜；
第二步，根据工艺要求，利用不同功率的加热体（加热体可以是感应加热体，也可以是电极加热体）对钎焊炉上下部分别进行加热，使炉内的熔融钎料或熔盐按环形隔板分割的空间分布形成自下而上温度逐渐升高的温度梯度，并通过温度监测装置随时进行监测；如果温度梯度未达到预设要求，可以通过炉体底部的冷却调温装置降低炉腔底部的温度，保证炉腔底部的温度低于炉腔上部的温度；
第三步，达到预设的温度梯度后，将钎焊工件从环形隔板的中部孔中浸入熔融钎料或熔盐中进行焊接，一定时间后（1-2分钟），钎焊工件各部位与接触的熔融钎料或熔盐的温度达到相同，即在钎焊工件体上也形成下低上高的温度梯度；
第四步，将钎焊工件缓慢移出钎焊炉，钎焊工件的底部钎料首先凝固，然后逐渐向上顺序凝固，使钎缝中的气体在凝固过程中排出，钎焊过程完成。
如图1所示，为满足上述工艺方法的实施，本发明所述的专用于该方法的钎焊炉，包括铺设有炉衬1的炉体2，置于炉体2内的石墨坩埚3内侧壁上设置有保温层4；水平活动设置在石墨坩埚中的环形隔板5将石墨坩埚内腔分成多个相对独立的腔室，在炉衬1内自上而下与各腔室位置相对应的设置有多个加热体6，加热体6的功率自上而下依次减小；在石墨坩埚内腔中设置有温度监测装置，该温度监测装置可以是测温元件8分别延伸进各腔室中的热电偶；为使炉内的熔融钎料或熔盐满足工艺要求的温度梯度，在炉体的下部设置有调温冷却装置，该调温冷却装置可以为环置于石墨坩埚保温层4内的管径不同的冷却水管7，需要时可在不同管径的冷却水管7内通入冷水进行灵活调节，保证下部熔融钎料或熔盐的温度低于表面的温度，形成满足工艺要求的温度梯度。
钎焊时，不同功率的加热体分别加热石墨坩埚3的上下部，使不同部位的熔融钎料/熔盐9具有不同的温度，通过向不同管径的冷却水管7中通入冷水灵活调节下部熔融钎料/熔盐9的温度，保证上部熔融钎料/熔盐的温度高于下部，即在熔融钎料/熔盐中形成自下而上的温度梯度，并用温度监测装置进行监测。根据不同的工艺要求可以设定不同的温度梯度，满足不同焊件10的钎焊要求。焊件10从环形隔板5的内孔中浸入（环形隔板5可以根据焊件10的体积进行调整，保证焊件10从其内孔中穿过），放置一定时间后，焊件10各部位与接触的熔融钎料/熔盐9相同，也形成温度梯度，接着把焊件10缓慢移出，焊件10上部的钎料温度高于底部钎料的温度，底部的钎料先凝固，于是在钎缝中形成自下而上的顺序凝固，钎缝中的气体在凝固过程中排出，从而消除了钎缝中的气孔缺陷，提高了钎着率，保证了产品的质量及其稳定性。
例如：
1、对于用Sn-37Pb钎料的浸渍钎焊，钎料的凝固范围为183-183oC，则熔融钎料的温度设置在195-205oC之间，上部及表面温度为205oC，下部温度为195oC，中间为温度过渡区间，根据焊件大小，设定过渡区间的大小。过渡区间的温度梯度根据过渡区间的不同，在0.1oC/cm--10oC/cm之间变化。焊件浸入后，各部分被迅速加热到设定温度；缓慢取出焊件，在温度梯度的作用下，熔融钎料顺序凝固，钎焊过程完成。
     2、对于用Sn-40Pb钎料的浸渍钎焊，钎料的凝固范围为183-196oC，则熔融钎料的温度设置在205-215oC之间，上部及表面温度为215oC，下部温度为205oC，中间为温度过渡区间，根据焊件大小，设定过渡区间的大小。过渡区间的温度梯度根据过渡区间的不同，在0.1oC/cm--10oC/cm之间变化。焊件浸入后，各部分被迅速加热到设定温度，缓慢取出焊件，在温度梯度的作用下，熔融钎料顺序凝固，钎焊过程完成。
     3、对于用Sn-50Pb钎料的浸渍钎焊，钎料的凝固范围为183-215oC，则熔融钎料的温度设置在225-235oC之间，上部及表面温度为235oC，下部温度为225oC，中间为温度过渡区间，根据焊件大小，设定过渡区间的大小。过渡区间的温度梯度根据过渡区间的不同，在0.1oC/cm--10oC/cm之间变化。焊件浸入后，各部分被迅速加热到设定温度，缓慢取出焊件，在温度梯度的作用下，熔融钎料顺序凝固，钎焊过程完成。
     4、对于用Sn-60Pb钎料的浸渍钎焊，钎料的凝固范围为183-238oC，则熔融钎料的温度设置在250-265oC之间，上部及表面温度为265oC，下部温度为250oC，中间为温度过渡区间，根据焊件大小，设定过渡区间的大小。过渡区间的温度梯度根据过渡区间的不同，在0.1oC/cm--15oC/cm之间变化。焊件浸入后，各部分被迅速加热到设定温度，缓慢取出焊件，在温度梯度的作用下，熔融钎料顺序凝固，钎焊过程完成。
5、对于用Al-Si钎料的盐浴浸渍钎焊，钎料的凝固范围为570-630oC，则熔盐的温度设置在640-655oC之间，上部温度为655oC，下部温度为640oC，中间为温度过渡区间，根据焊件大小，设定过渡区间的大小。过渡区间的温度梯度根据过渡区间的不同，在0.1oC/cm--15oC/cm之间变化。焊件浸入后，各部分被迅速加热到设定温度，缓慢取出焊件，在温度梯度的作用下，熔融钎料顺序凝固，钎焊过程完成。

Claims (6)

1.一种预设温度梯度的浸渍钎焊方法，其特征在于：它包括下述步骤：
第一步，根据待钎焊工件的体积，选择在钎焊炉内腔中水平放置至少一层环形隔板，使钎焊炉内腔形成至少两个相对独立的空间，环形隔板的中部孔径以能放入钎焊工件为宜；
第二步，根据工艺要求，利用不同功率的加热体对钎焊炉上下部分别进行加热，使炉内的熔融钎料或熔盐形成自下而上温度逐渐升高的温度梯度，并通过温度监测装置随时进行监测；
第三步，达到预设的温度梯度后，将钎焊工件浸入熔融钎料或熔盐中进行焊接，一定时间后，钎焊工件各部位与接触的熔融钎料或熔盐的温度达到相同，即在钎焊工件体上也形成下低上高的温度梯度；
第四步，将钎焊工件缓慢移出钎焊炉，钎焊工件的底部钎料首先凝固，然后逐渐向上顺序凝固，使钎缝中的气体在凝固过程中排出，钎焊过程完成。
2.根据权利要求1所述的预设温度梯度的浸渍钎焊方法，其特征在于：上述第二步完成后，如果温度梯度未达到预设要求，可以通过炉体底部的冷却调温装置降低炉腔底部的温度，保证炉腔底部的温度低于炉腔上部的温度。
3.一种专用于权利要求1或2所述浸渍钎焊方法中的钎焊炉，包括铺设有炉衬（1）的炉体（2），置于炉体（2）内的石墨坩埚（3）内侧壁上设置有保温层（4）；其特征在于：水平活动设置在所述石墨坩埚中的环形隔板（5）将石墨坩埚内腔分成多个相对独立的腔室，在所述炉衬（1）内自上而下与各腔室位置相对应的设置有多个加热体（6），所述加热体（6）的功率自上而下依次减小；在所述石墨坩埚内腔中设置有温度监测装置。
4.根据权利要求3所述的钎焊炉，其特征在于：所述炉体的下部设置有调温冷却装置。
5.根据权利要求4所述的钎焊炉，其特征在于：所述调温冷却装置为环置于石墨坩埚保温层（4）内的冷却水管（7）。
6.根据权利要求3所述的钎焊炉，其特征在于：所述的温度监测装置为测温元件（8）分别延伸进各腔室中的热电偶。
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