CN103639604B - 一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法及其装置，属于熔钎焊技术领域。它有效地解决了钎焊的热源温度及热输入量与基体难于匹配的问题。发明了一套基于液态熔滴控制理论的熔钎焊方法及其装置，通过液态熔滴替代填充材料来降低熔钎焊工艺对热源温度及热输入流量的严格要求，并且增强了填充材料的润湿铺展能力。本发明通过高频感应线圈熔化金属形成液态金属，通过超声振动带动活塞运动再作用于气缸产生液态熔滴过渡的驱动力。通过改变超声振动频率来控制熔滴过渡频率，调节气缸内的压强来控制熔滴脱落的驱动力，从而控制液态熔滴脱落时的尺寸。本发明在很大程度上提高了熔钎焊的适用性及应用前景。主要用于熔钎焊施工。

Description

一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法及其装置
技术领域
本发明属于熔钎焊技术领域，特别涉及一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法及其装置。
背景技术
钎焊是利用某些熔点低于被连接物体材料熔点的金属（即钎料）作连接的媒介，利用液态钎料在母材间隙中的润湿、铺展与母材相互溶解和扩散和在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现工件间连接的方法。为了拓宽钎焊的应用范围，苏联学家首次提出了熔钎焊的方法。
熔钎焊是一种在焊接领域中具有广泛应用前景的方法。熔钎焊是指在熔点差别较大的异种合金焊接过程中，低熔点材料受到钎焊热源的加热而熔化，低熔点材料部分为熔焊形式，而高熔点材料始终保持在固态的同时与液态金属相互作用。与熔化焊相比，熔钎焊接头具有钎焊及熔焊的双重特征，并且能够有效的控制异种材料焊接过程中金属间化合物的生长，从而实现了高质量的焊接。但是在熔钎焊过程中，由于钎焊热源必须要熔化填充材料，因此钎焊热源温度过高。较高的钎焊热源温度会造成低熔点材料的大量熔化及高熔点材料的局部熔化，从而降低焊接接头质量。较低的钎焊热源温度难于熔化填充材料，熔化后的填充材料的铺展润湿作用差。因而控制钎焊热源温度及热输入量是促进熔钎焊发展的重要前提条件。
液态熔滴替代填充材料进行微熔钎焊具有以下优点：液态的填充材料可以添加各种合金元素来提高焊接接头的质量及力学性能；液态熔滴适用于各种温度及热输入量的钎焊热源，且具有较好的铺展作用；填充材料不在受到钎焊热源温度的及材料成分的影响，甚至能够直接使用与基体成分一致的填充材料来获得优质焊缝；熔滴的频率及尺寸可控，能够实现各种不同种类的熔钎焊工艺。基于熔钎焊的缺点及液态熔滴的优点，发明一种能够基于液态熔滴控制的熔钎焊方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法及其装置，它能有效地解决熔钎焊过程中，钎焊热源温度及热输入量与焊接材料难于匹配的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：采用液态熔滴替代填充材料通过高频感应装置将预置金属熔化为液态，再通过对活塞气缸的压力及超声振动带动活塞运动的方式来控制液态熔滴脱落时的尺寸及过渡频率，从而降低了熔钎焊对于钎焊热源的要求，提高了焊接接头的质量。为实现液态熔滴控制的熔钎焊：步骤一：首先通过初始化计算机内设程序，并设定高频加热温度；
步骤二：接通高频感应线圈的工作电源，使石墨坩埚中的金属熔化，通过热电偶测量石墨坩埚的温度并进行反馈，若温度达到设定温度时则开始保温；
步骤三：打开氮气瓶的阀门对气缸进行充气，并观测气压阀使气缸中的气体压强达到1～5MPa；
步骤四：启动超声震动发生器，通过超声震杆带动活塞沿振动方向往复运动，对气缸中的气体进行压缩，提供液态金属过渡分离的驱动力，从而使石墨坩埚中的液态金属从喷嘴中滴出，形成液态熔滴；
步骤五：通过计算机自动启动焊接电源和步进电机电源，使钎焊热源与液态熔滴相对于焊接工件同步运动，液态熔滴通过钎焊热源熔敷在焊接工件上，从而实现熔钎焊过程。
所述高频加热温度高于合金熔点50～100℃。
通过对气缸中的氩气压强的调节来控制熔滴尺寸。
通过改变超声振动的频率来实现一个活塞运动周期内产生一滴液态熔滴。
所述熔滴尺寸的直径为0.2mm～6mm。
通过步进电机控制工作平台来保证焊接工件的运动轨迹相对于钎焊热源与液态熔滴的位置不变，实现熔钎焊过程。
通过计算机对超声震动发生器、焊接电源、步进电机的启动及时序安排，实现熔钎焊的过程控制。
一种基于液态熔滴控制的熔钎焊装置，包括计算机控制系统、储气钢瓶、石墨坩埚，焊接电源正极接工作平台，负极接钎焊热源，计算机控制系统的输出通过电缆与超声震动发生器连接，超声震动发生器输出端分别与变幅杆的换能器的正负极相连，变幅杆的下方设有超声震杆，与汽缸相配的活塞通过螺栓与超声震杆固定，储气钢瓶通过气压阀与汽缸相连，汽缸的下方设有带高频感应线圈的石墨坩埚。
所述工作平台设有步进电机。
所述石墨坩埚的周围设有钢化玻璃及保温棉。
附图说明
图1为本发明原理图
图2为本发明工作流程图
图3为本发明计算机控制程序流程图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
方法步骤如下：
一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，
步骤一：首先通过初始化计算机1内设程序，并设定高频加热温度；
步骤二：接通高频感应线圈8的工作电源，使石墨坩埚9中的金属熔化，通过热电偶测量石墨坩埚9的温度并进行反馈，若温度达到设定温度时则开始保温；
步骤三：打开氮气瓶10的阀门对气缸6进行充气，并观测气压阀11使气缸7中的气体压强达到1～5MPa；
步骤四：启动超声震动发生器2，通过超声震杆5带动活塞6沿振动方向往复运动，对气缸7中的气体进行压缩，提供液态金属过渡分离的驱动力，从而使石墨坩埚9中的液态金属从喷嘴中滴出，形成液态熔滴；
步骤五：通过计算机1自动启动焊接电源14和步进电机15电源，使钎焊热源13与液态熔滴相对于焊接工件16同步运动，液态熔滴通过钎焊热源13熔敷在焊接工件16上，从而实现熔钎焊过程。
所述高频加热温度高于合金熔点50～100℃。
通过对气缸6中的氩气压强的调节来控制熔滴尺寸，
通过改变超声振动的频率来实现一个活塞运动周期内产生一滴液态熔滴。
所述熔滴尺寸的直径为0.2mm～6mm。
通过步进电机15控制工作平台17来保证焊接工件16的运动轨迹相对于钎焊热源13与液态熔滴的位置不变，实现熔钎焊过程。
通过计算机1对超声震动发生器2、焊接电源14、步进电机15的启动及时序安排，实现熔钎焊的过程控制。
一种基于液态熔滴控制的熔钎焊装置，包括计算机控制系统1、储气钢瓶10、石墨坩埚9，焊接电源14正极接工作平台17，负极接钎焊热源13，其特征在于：计算机控制系统1的输出通过电缆与超声震动发生器2连接，超声震动发生器2输出端分别与变幅杆4的换能器3的正负极相连，变幅杆4的下方设有超声震杆5，与汽缸7相配的活塞6通过螺栓18与超声震杆5固定，储气钢瓶10通过气压阀11与汽缸7相连，汽缸7的下方设有带高频感应线圈8的石墨坩埚9。
所述工作平台17设有步进电机15。
所述石墨坩埚9的周围设有钢化玻璃及保温棉12。

Claims (10)

1.一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：
步骤一：首先通过初始化计算机(1)内设程序，并设定高频加热温度；
步骤二：接通高频感应线圈(8)的工作电源，使石墨坩埚(9)中的金属熔化，通过热电偶测量石墨坩埚(9)内温度并进行反馈，若温度达到设定温度时则开始保温；
步骤三：打开氩气瓶(10)的阀门对气缸(7)进行充气，并观测气压阀(11)使气缸(7)中的气体压强达到1～5MPa；
步骤四：启动超声震动发生器(2)，通过超声震杆(5)带动活塞(6)沿振动方向往复运动，对气缸(7)中的气体进行压缩，提供液态金属过渡分离的驱动力，从而使石墨坩埚(9)中的液态金属从喷嘴中滴出，形成液态熔滴；
步骤五：通过计算机(1)自动启动焊接电源(14)和步进电机(15)电源，使钎焊热源(13)与液态熔滴相对于焊接工件(16)同步运动，液态熔滴通过钎焊热源(13)熔敷在焊接工件(16)上，从而实现熔钎焊过程。
2.根据权利要求1所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：所述高频加热温度高于合金熔点50～100℃。
3.根据权利要求1所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：通过对气缸(7)中的氩气压强的调节来控制熔滴尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：通过改变超声振动的频率来实现一个活塞运动周期内产生一滴液态熔滴。
5.根据权利要求3所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：所述熔滴尺寸的直径为0.2mm～6mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：通过步进电机(15)控制工作平台(17)来保证焊接工件(16)的运动轨迹相对于钎焊热源(13)与液态熔滴的位置不变，实现熔钎焊过程。
7.根据权利要求1所述的基于液态熔滴控制的熔钎焊方法，其特征在于：通过计算机(1)对超声震动发生器(2)、焊接电源(14)、步进电机(15)的启动及时序安排，实现熔钎焊的过程控制。
8.一种基于液态熔滴控制的熔钎焊装置，包括计算机(1)、氩气瓶(10)、石墨坩埚(9)，焊接电源(14)正极接工作平台(17)，负极接钎焊热源(13)，其特征在于：计算机(1)的输出通过电缆与超声震动发生器(2)连接，超声震动发生器(2)输出端分别与变幅杆(4)的换能器(3)的正负极相连，变幅杆(4)的下方设有超声震杆(5)，与气缸(7)相配的活塞(6)通过螺栓(18)与超声震杆(5)固定，氩气瓶(10)通过气压阀(11)与气缸(7)相连，气缸(7)的下方设有带高频感应线圈(8)的石墨坩埚(9)。
9.根据权利要求8所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊装置，其特征在于：所述工作平台(17)设有步进电机(15)。
10.根据权利要求8所述的一种基于液态熔滴控制的熔钎焊装置，其特征在于：所述石墨坩埚(9)的周围设有钢化玻璃及保温棉(12)。
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