CN104759751B - 一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置，用以实现中高温热电器件在真空气氛环境下的焊接，包括：上腔体、中间挡板、下腔体，中间挡板位于上腔体和下腔体之间，上腔体用于实现包括模具的装夹、焊接样品的装样在内的中间操作；中间挡板用于在上腔体进行进料操作时，保持下腔体的真空状态，防止空气进入下腔体；下腔体用于实现在真空和气氛环境下的持续加热与焊接，工作时下腔体内一直保持真空和气氛保护状态，防止加热体与被焊接器件的氧化；上腔体、中间挡板、下腔体能够形成气密结构。本发明还提出上述装置的工作方法。本发明能够经济有效地解决高温焊接氧化以及在真空和气氛环境下的可操作问题，实现连续进料焊接，提高生产效率。

Description

一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置及方法

技术领域

本发明涉及一种真空气氛焊接装置及方法，具体涉及一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置及方法，用以实现中高温热电器件在真空气氛环境下进行焊接。

背景技术

热电器件是热电材料实现应用的必要载体。热电器件体积小、重量轻、无传动机构、无污染释放等诸多的优势，使得其在工业废热回收、汽车余热回收、空间电源、民用制冷等领域具有很好的应用前景与优势。

200～400℃之间的热源是工业普遍存在且可以实现直接发电及综合利用的温度区间。在此区间工作的热电材料均需要中高温热电材料，因此中高温热电器件的工作温度及焊接温度均要高于此温度。焊接过程中更换模具、更换样品等中间操作都会使得空气进入腔体内，导致热电材料、电极等被高温氧化。

另外，由于热电器件制作工艺复杂，更换模具等中间操作和焊接过程需要分阶段操作。通常做法是在热压炉、放电等离子烧结炉中进行，每完成一次操作，都需要重新启闭炉子，重新抽真空等，这种方式存在耗时长、效率低等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种可连续进料作业的真空气氛环境焊接装置及方法，用以实现中高温热电器件在真空气氛下的焊接，能够经济有效地解决高温焊接氧化以及在真空气氛环境下的可操作问题，实现连续进料焊接，提高生产效率。

本发明提出的一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置，用以实现中高温热电器件在真空气氛环境下的焊接，该装置包括：上腔体、中间挡板、下腔体，中间挡板位于上腔体和下腔体之间，上腔体用于实现包括模具的装夹、焊接样品的装样在内的中间操作；中间挡板用于在上腔体进行进料操作时，保持下腔体的真空状态，防止空气进入下腔体；下腔体用于实现在真空和气氛环境下的持续加热与焊接，工作时下腔体内一直保持真空和气氛保护状态，防止加热体与被焊接器件的氧化；上腔体、中间挡板、下腔体能够形成气密结构。

其中，上腔体包括压杆、快拆卸模具装载台、进料腔、气氛与真空切换阀门；压杆装设于上腔体上侧，并能在上下腔体内进行升降动作，保持与上腔体的密封连接，用于实现器件焊接过程的压力保持；快拆卸模具装载台位于压杆下方，用于实现模具的快速装载和拆卸；气氛与真空切换阀门设置于上腔体上，包括保护气氛进入口的阀门和连接真空泵的阀门，用于实现腔体抽真空、保护气氛的切换以及上腔体的空气置换；进料腔开设在上腔体侧部，通过进料腔把带样品的模具装夹送入上腔体，并将模具快速装夹在装载台的卡位螺栓处，其中进料腔设置有进料门，用于关闭或打开进料腔；

中间挡板设有开口，开口上部为倒梯形形状；所述中间挡板还包括中间挡板门，通过中间挡板门的启闭打开或覆盖该开口，中间挡板门也相应地为倒梯形结构；

下腔体包括测温接头、加热台，测温接头用于检测加热台的温度；加热台用于对放置在其上的被焊接器件进行加热与焊接。

优选地，通过第一手轮调节压杆的升降，并能够实现进程无极旋停，满足不同尺寸规格的器件焊接需求；

优选地，压杆采用双向骨架密封，保证上下移动压杆不影响腔体内的真空度。

优选地，中间挡板门的启闭借助第二手轮实现，能够实现关闭压紧中间挡板的开口以及开启中间挡板门至最大位置并锁止。

优选地，中间挡板门配置密封圈，增强关闭时的密封效果。

优选地，为防止温度过高，下腔体采用双层结构，双层结构之间形成水冷通道，双层结构中的内层与上腔体和中间挡板能够形成气密结构。

优选地，上下腔体的开启，使用千斤顶助力开启，方便检修，且上腔体顶杆与千斤顶通过钢珠球接触连接。

优选地，压杆为带水冷压杆，快拆卸模具装载台为带水冷快拆卸模具装载台。

本发明还涉及上述装置的焊接方法，该方法包括：

步骤S1：初始工作状态，通过第一手轮将压杆升起，通过第二手轮开启中间挡板门至开启位置，装置的各阀门处于关闭状态，进料门关闭，此时整个腔体为气密结构；

步骤S2：打开连接真空泵的阀门，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门，开启气氛进入口的阀门，对整个腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表示数为微负压时，关闭气氛进入口的阀门；

步骤S3：重复步骤S2，直到腔体内的氧成分极小，不足以氧化高温的样品为止；此时，打开连接真空泵的阀门，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表至最低时，关闭连接真空泵的阀门；

步骤S4：视加热台的温度情况，对加热台开始进行温控加热；

步骤S5：通过第二手轮将中间挡板门调节至关闭压紧状态；

步骤S6：开启进料门，进行带样品的模具与装载台的快速装载；装载完毕后，关闭进料门；

步骤S7：打开连接真空泵的阀门，对上腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门，开启气氛进入口的阀门，对上腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表示数为微负压时，关闭气氛进入口的阀门；

步骤S8：重复上述步骤S7，直到上腔体内的氧成分极小，不足以氧化高温的样品为止；打开连接真空泵的阀门，对上腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门。

步骤S9：待下腔体的温度达到被焊接器件的焊接工艺要求的工作温度时，开启中间挡板门，通过第一手轮推动压杆，把被焊接器件送入下腔体，并使得被焊接器件与加热台压紧，锁止第一手轮，开始对被焊接器件进行焊接工作；

步骤S10：焊接工作完成后，通过第一手轮提升压杆带动焊接完毕的器件至上腔体内，并关闭中间挡板门，锁死第二手轮。

步骤S11：待焊接完毕的样品冷却，即通过进料腔，取出焊接完毕的样品。

步骤S12：如果需要对其他被焊接器件进行焊接操作，则待装载台温度降低到适合装载带样品的模具的温度，重复步骤S6-S11；如果不需要，则装置停止工作。

本发明提出的焊接装置通过在上下腔体之间设置具有中间挡板门的中间挡板，通过中间挡板门的启闭实现中间操作和焊接操作均在腔体内进行，在焊接过程中下腔体一直处于绝氧状态，有效防止热电材料、电极等被高温氧化；并且可以连续进行进料作业和焊接作业，操作方便，焊接效率高。

本发明提出的焊接方法在初始工作时，先对整个密封腔体进行抽真空、空气置换的操作，并且在进行连续装夹、更换模具等中间操作需要接触空气之前，利用中间挡板门将下腔体进行隔绝，在上述中间操作完成后再对上腔体进行抽真空、空气置换的操作，从而保证在焊接过程中下腔体一直处于绝氧的状态，有效防止热电材料和电极等被高温氧化，操作方便，无需焊接一次加热一次，节约了能源，提高了焊接效率。

附图说明

图1为本发明装置实施例的结构示意图。

图2为本发明装置实施例的外观示意图。

附图标记说明：1、冷却水进出口；2、手轮；3、支架；4、压杆；5、骨架油封；6、铜套；7、上腔体；8、扫气出口；9、气氛进入口的阀门；10、连接真空泵的阀门；11、手轮；12、密封圈；13、带水冷快拆卸模具装载台；14、进料腔；15、中间挡板；16、中间挡板门；17、顶杆轴；18、导线口；19、下腔体冷却水出口；20、千斤顶；21、下腔体；22、加热台；23、底座；24、真空压力表；25、上腔体可视窗；26、下腔体可视窗；27钢珠球。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1，该可连续进料作业的真空气氛焊接装置包括上腔体7、中间挡板15、下腔体21三大部分，上腔体7、中间挡板15、下腔体21之间能够形成气密结构。上腔体7，也可称为装载腔体，用于实现中间操作，如不同规格模具的装夹、焊接样品的装样等。中间挡板15，起到装载腔体进料操作时，保持加热腔体的真空状态，防止加热体腔体进入空气。下腔体21，也可称为真空加热焊接腔体，实现持续真空和气氛环境下的加热与焊接，工作时一直保持真空和气氛保护状态，防止加热体与焊接器件的氧化。优选地，将整体腔体分为两部分，上部分为上腔体7，下部分为下腔体21，上腔体7和下腔体21之间用中间挡板15隔开。

上腔体7包括带水冷压杆4、带水冷快拆卸模具装载台13、进料腔14、可视窗、气氛与真空切换阀门、扫气阀、真空表等。压杆4实现器件焊接过程的压力保持，同时压杆可以实现进程无极旋停，满足不同尺寸规格的器件焊接需求。压杆4与腔体密封，采用双向骨架密封，保证上下移动压杆不影响真空度。气氛与真空切换阀门，包括气氛进入口的阀门9和连接真空泵的阀门10，实现腔体抽真空、保护气氛的切换以及装载腔体的空气置换。进料腔14带有快拆阀门，通过进料腔14把带样品的模具装夹带入上腔体7，并可以快速装夹在压杆4的卡位螺栓处，其中进料腔14设置有进料门。

中间挡板15设有开口，开口上部为倒梯形形状，中间挡板15还包括中间挡板门16，通过中间挡板门16的启闭打开或覆盖该开口，中间挡板门也相应地为倒梯形结构。中间挡板门16的启闭由手轮11实现，可以实现关闭压紧以及开启至最大位置锁止功能。中间挡板门16配置密封圈12，增强密封效果。

下腔体21附带可视窗、电源接头、测温接头、加热台22等。同时为防止温度过高，下腔体21可采用双层结构，同时通水冷。

该可连续进料作业的真空气氛焊接装置的工作方式如下：

步骤S1：初始工作状态，通过手轮2将压杆4升起，通过手轮11开启中间挡板门16至开启位置，各阀门处于关闭状态，进料门关闭，此时整个腔体为气密结构。

步骤S2：打开连接真空泵的阀门10，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表24至最低时，关闭连接真空泵的阀门10，开启气氛进入口的阀门9，对整个腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表24示数微负压时，关闭气氛进入口的阀门9。

步骤S3：重复前述步骤S2，例如重复2次，即可认为腔体内的氧成分极小，不足以氧化高温的样品，此时，打开连接真空泵的阀门10，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表24至最低时，关闭连接真空泵的阀门10。

步骤S4：对加热台进行PID温控加热。为防止腔体温度过高，影响操作安全，下腔体通以冷却水。

步骤S5：通过手轮11将中间挡板门16调节至关闭压紧状态。

步骤S6：开启进料门，进行带样品的模具与装载台的快速装载。装载完毕后，关闭进料门。

步骤S7：打开连接真空泵的阀门10，对上腔体7进行抽真空；待真空压力表24至最低时，关闭连接真空泵的阀门10，开启气氛进入口的阀门9，对上腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表24示数微负压时，关闭气氛进入口的阀门9。

步骤S8：重复步骤S7，例如2次后，打开连接真空泵的阀门10，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表24至最低时，关闭连接真空泵的阀门10。

步骤S9：待下腔体21的温度达到至焊接工艺要求的工作温度时，开启中间挡板门16，通过手轮2推动压杆4，把样品送入下腔体21，并使得样品与加热台22压紧，锁止手轮2，开始对样品进行焊接工作。

步骤S10：焊接完毕，通过手轮2提升压杆4带动焊接完毕的样品至上腔体7内，并关闭中间挡板门16，锁死手轮11。

步骤S11：待焊接完毕的样品在水冷的作用下可快速冷却，随即可通过进料腔14，取出焊接完毕的样品。

步骤S12：如果需要对其他被焊接器件进行焊接操作，则待装载台温度降低到适合装载带样品的模具的温度，重复步骤S6-S11；如果不需要，则装置停止工作。

整个过程可以通过可视窗观察内部情况，可视窗位置如图2所示。

为方便装置的检修，上下腔体分离，可以通过千斤顶20把上腔体7顶开，即可绕顶杆轴17旋转，剥离上腔体7,且上腔体顶杆与千斤顶通过钢珠球27接触连接。

上述实施例仅仅是本发明技术构思实现形式的列举，本发明的保护范围不仅限于上述实施例，本发明的保护范围可延伸至本领域技术人员根据本发明的技术构思所能想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种可连续进料作业的真空气氛焊接装置，其特征在于，该装置用以实现中高温热电器件在真空气氛环境下的焊接，该装置包括：上腔体、中间挡板、下腔体，中间挡板位于上腔体和下腔体之间，上腔体用于实现包括模具的装夹、焊接样品的装样在内的中间操作；中间挡板用于在上腔体进行进料操作时，保持下腔体的真空状态，防止空气进入下腔体；下腔体用于实现在真空和气氛环境下的持续加热与焊接，工作时下腔体内一直保持真空和气氛保护状态，防止加热体与被焊接器件的氧化；上腔体、中间挡板、下腔体能够形成气密结构；

所述上腔体包括压杆、快拆卸模具装载台、进料腔、气氛与真空切换阀门；压杆装设于上腔体上侧，并能在上下腔体内进行升降动作，保持与上腔体的密封连接，用于实现器件焊接过程的压力保持；快拆卸模具装载台位于压杆下方，用于实现模具的快速装载和拆卸；气氛与真空切换阀门设置于上腔体上，包括气氛进入口的阀门和连接真空泵的阀门，用于实现腔体抽真空、保护气氛的切换以及上腔体的空气置换；进料腔开设在上腔体侧部，通过进料腔把带样品的模具装夹送入上腔体，并将模具快速装夹在装载台的卡位螺栓处，其中进料腔设置有进料门，用于关闭或打开进料腔；

所述中间挡板设有开口，开口上部为倒梯形形状；所述中间挡板还包括中间挡板门，通过中间挡板门的启闭打开或覆盖该开口，中间挡板门也相应地为倒梯形结构；

所述下腔体包括测温接头、加热台，测温接头用于检测加热台的温度；加热台用于对放置在其上的被焊接器件进行加热与焊接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：通过第一手轮调节压杆的升降，并能够实现进程无极旋停，满足不同尺寸规格的器件焊接需求。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：压杆采用双向骨架密封，保证上下移动压杆不影响腔体内的真空度。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：中间挡板门的启闭借助第二手轮实现，能够实现关闭压紧中间挡板的开口以及开启中间挡板门至最大位置并锁止。

5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：中间挡板门配置密封圈，增强关闭时的密封效果。

6.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：压杆为带水冷压杆，快拆卸模具装载台为带水冷快拆卸模具装载台。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：下腔体采用双层结构，双层结构之间形成水冷通道，以防止温度过高；双层结构中的内层与上腔体和中间挡板能够形成气密结构。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：上下腔体的开启，使用千斤顶助力开启，方便检修，且上腔体的顶杆与千斤顶通过钢珠球接触连接。

9.如权利要求2-8任一项所述的装置的焊接方法，其特征在于：该方法包括：

步骤S1：初始工作状态，通过第一手轮将压杆升起，通过第二手轮开启中间挡板门至开启位置，装置的各阀门处于关闭状态，进料门关闭，此时整个腔体为气密结构；

步骤S2：打开连接真空泵的阀门，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门，开启气氛进入口的阀门，对整个腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表示数为微负压时，关闭气氛进入口的阀门；

步骤S3：重复步骤S2，直到腔体内的氧成分极小，不足以氧化高温的样品为止；此时，打开连接真空泵的阀门，对上下腔体进行抽真空；待真空压力表至最低时，关闭连接真空泵的阀门；

步骤S4：视加热台的温度情况，对加热台开始进行温控加热；

步骤S5：通过第二手轮将中间挡板门调节至关闭压紧状态；

步骤S6：开启进料门，进行带样品的模具与装载台的快速装载；装载完毕后，关闭进料门；

步骤S7：打开连接真空泵的阀门，对上腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门，开启气氛进入口的阀门，对上腔体充气实现腔体内的空气置换；待真空压力表示数为微负压时，关闭气氛进入口的阀门；

步骤S8：重复上述步骤S7，直到上腔体内的氧成分极小，不足以氧化高温的样品为止；打开连接真空泵的阀门，对上腔体进行抽真空；待真空压力表示数至最低时，关闭连接真空泵的阀门；

步骤S9：待下腔体的温度达到被焊接器件的焊接工艺要求的工作温度时，开启中间挡板门，通过第一手轮推动压杆，把被焊接器件送入下腔体，并使得被焊接器件与加热台压紧，锁止第一手轮，开始对被焊接器件进行焊接工作；

步骤S10：焊接工作完成后，通过第一手轮提升压杆带动焊接完毕的器件至上腔体内，并关闭中间挡板门，锁死第二手轮；

步骤S11：待焊接完毕的样品冷却，即通过进料腔，取出焊接完毕的样品；

步骤S12：如果需要对其他被焊接器件进行焊接操作，则待装载台温度降低到适合装载带样品的模具的温度，重复步骤S6-S11；如果不需要，则装置停止工作。