CN105716964A - 将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置，包括罐体电极、通过导线与罐体电极连接的导电密封盘；导电密封盘置于热压罐罐体内部；罐体电极包括与热压罐上的法兰盘配合安装的法兰盖，以及穿过法兰盖的电极芯；导电密封盘包括与电极芯通过导线连接的导线接头、顶部与导线接头连接的倒T型底盘、设置在倒T型底盘上表面的第二密封垫和锁紧螺母、设置在倒T型底盘下表面的金属网；金属网将电流传导至构件上。本发明通过穿过热压罐罐体的电极和用于传导电流、密封真空袋的导电密封盘的连接配合，将脉冲电流引入到构件的蠕变时效成形工艺中，为脉冲电流在构件的蠕变时效成形工艺中应用提供可能。
Description
技术领域
本发明涉及在热压罐内进行蠕变时效成形实验的技术领域，特别地，涉及一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置及方法。
背景技术
随着航空航天技术的高速发展，传统的制造方法已经难以满足航空航天器复杂曲率大型壁板的整体制造等要求。为了解决此难题，蠕变时效成形技术应运而生。
目前蠕变时效成形实验主要在热压罐内进行。参见图1，首先在模具01上依次放置构件02、透气毡、真空阀和真空袋03，并用专用胶带密封真空袋，通过抽真空工装(即真空阀和导气管)04进行抽真空；接着将构件02和模具01一起放入热压罐05内，按照一定的升温速率和加压速度对构件02进行升温和加载，当温度达到设定值时，开始施加空气压力并保持热力载荷一定时间，结束后卸载空气载荷，得到成形后的构件。该技术利用材料的蠕变及应力松弛特征，将材料的机械成形和热处理同步进行，从而实现壁板构件成形成性，其相对于传统制造技术，具有变形均匀、成形精度高、可重复性好、成形效率高、残余应力低，尺寸稳定以及性能均匀等优点。但是目前蠕变时效成形工艺普遍耗能比较大，制造周期长。
近年来，国内外已经有许多学者将电脉冲引入到材料的热处理中，研究并证实了电脉冲能对材料时效热处理产生积极作用。清华大学姜炎彬以及东北大学李国栋等学者通过实验发现，电脉冲能使合金实现快速时效，在低温或短时间内使合金达到峰值时效。而申请人也针对将电脉冲引入到铝合金蠕变/应力松弛时效进行了大量的实验研究，发现电脉冲可以增加铝合金蠕变量，提高蠕变/应力松弛速率，从而缩短峰值时效时间，提高材料性能，同时还能降低材料性能对初始应力的敏感性。因此，将电脉冲引入到蠕变时效成形工艺，有利于实现构件的形性协同制造。
为了进一步研究脉冲电流对蠕变时效成形的影响，需要将大功率的脉冲电流引入到构件的蠕变时效成形实验中去。但是在热压罐中进行蠕变时效实验，对罐体的密封性以及对真空袋的密封性都有非常高的要求，目前输送脉冲电流的导线难以直接穿过罐体和真空袋将电流传递到构件上而同时保证罐体和真空袋的密封性。为了实现电脉冲在蠕变时效成形的应用，探索出一套在密封状态下将电脉冲引入到热压罐中辅助铝合金蠕变时效成形的装置和方法很有必要。
发明内容
本发明目的在于提供将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置及方法，以解决在密封状态下不能将电脉冲引入到热压罐中辅助铝合金蠕变时效成形的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置，包括罐体电极、通过导线与罐体电极连接的导电密封盘；导电密封盘置于热压罐罐体内部；
所述罐体电极包括与热压罐上的法兰盘配合安装的法兰盖，以及穿过所述法兰盖的电极芯；
所述导电密封盘包括与电极芯通过导线连接的导线接头、顶部与导线接头连接的倒T型底盘、设置在倒T型底盘上表面的第二密封垫和锁紧螺母、设置在倒T型底盘下表面的金属网；金属网将电流传导至构件上；真空袋穿过倒T型底盘上部，被第二密封垫和锁紧螺母密封固定在倒T型底盘上表面。
优选的，还包括设置在模具表面的绝缘膜；绝缘膜材料为聚酰亚胺薄膜。
优选的，所述绝缘膜厚度为0.055mm-0.060mm。
优选的，所述法兰盖与所述电极芯之间设置有绝缘件。
优选的，所述金属网通过环绕倒T型底盘的锁紧环固定在倒T型底盘上。
优选的，所述金属网为铜网。
优选的，编织金属网的材料为直径为0.10-0.14mm的铜丝。
采用上述的密封导电装置的将脉冲电流引入热压罐的密封导电方法，包括步骤：
A、将导电密封盘导线接头部分与倒T型底盘拆分开；
B、在真空袋上设置一个通孔，所述通孔的大小与倒T型底盘的上部尺寸相适应；
C、将倒T型底盘穿过所述通孔，使得倒T型底盘的下部平台部分置于真空袋内；
D、在倒T型底盘与真空袋连接处放置第一密封垫，并用锁紧螺母将第一密封垫、真空袋和倒T型底盘压紧。
优选的，密封导电方法还包括：
E、将导电密封盘导线接头的底部与倒T型底盘连接；
F、导电密封盘导线接头的顶部与电极芯连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过穿过热压罐罐体的电极和用于传导电流、密封真空袋的导电密封盘的连接配合，将脉冲电流引入到构件的蠕变时效成形工艺中，进一步研究脉冲电流对蠕变时效成形的影响，为脉冲电流在构件的蠕变时效成形工艺中应用提供可能。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有技术的热压罐成型工艺的装置示意图；
图2是本发明优选实施例的整体结构剖视图；
图3是本发明优选实施例的电极结构剖视图；
图4是本发明优选实施例的电极结构俯视图；
图5是本发明优选实施例的导电密封盘结构剖视图；
其中，01、模具，02、构件，03、真空袋，04、抽真空工装，05、热压罐，06、罐体电极，07、导电密封盘；
1、绝缘件，2、法兰盖，3、电极芯，4、导线接头，5、活动接头，6、连接接头，7、倒T型底盘，8、锁紧螺母，9、第一密封垫，10、第二密封垫，11、封板，12、螺栓，13、金属网，14、锁紧环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图2和图3，本申请提供了一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置，包括罐体电极06、通过导线与罐体电极06连接的导电密封盘07；导电密封盘07置于热压罐05罐体内部，导线可以通过导电密封盘07将脉冲电流引到热压罐罐体内的构件02上。
所述罐体电极06包括与热压罐上的法兰盘配合安装的法兰盖2，以及穿过所述法兰盖2的电极芯3，法兰盖2将电极芯3紧密固定在热压罐05罐体上。法兰盖2与电极芯3之间可设置有绝缘件1，绝缘件、罐体电极以及法兰盖之间可以耐受3Mpa压力。
绝缘件1可为中空圆筒形，外圆大小与法兰盖中间孔相适应(60mm)，内圆与电极芯相适应(25mm)，高度为26mm。绝缘件材质是陶瓷，以真空钎焊的方法将其与法兰盖及电极芯焊接在一起。
所述导电密封盘07包括与电极芯3通过导线连接的导线接头4、顶部与导线接头4连接的倒T型底盘7、设置在倒T型底盘7上表面的第二密封垫10和锁紧螺母8、设置在倒T型底盘7下表面的金属网13；金属网13将电流传导至构件上。金属网13可通过螺栓12被封板11压紧在倒T型底盘7底部。或者，金属网13通过环绕倒T型底盘7的锁紧环14固定在倒T型底盘7上。
根据导电性的要求，金属网可以为铜丝编织成的铜网。金属网密度和间隙要求没有肉眼可见的缝隙，保证金属网大部分面积接触构件就不会影响结果。编织金属网的金属丝粗细会影响到金属网的软硬程度。细铜丝会更软，但不易编织，综合考虑使用要求和工艺条件，选用的是直径为0.10-0.14mm的铜丝编织。
真空袋03穿过倒T型底盘7上部，被第二密封垫10和锁紧螺母8密封固定在倒T型底盘上表面。
另外，在导线接头4与倒T型底盘7之间，还可设置活动接头5和连接接头6。因为导线接头4处上端是与导线固定连接的，导线接头和导电密封盘07通过螺纹连接，因导线比较粗，所以此处拆装会很困难。而有了活动接头5和连接接头6，可以把连接接头6从底盘分离(此处也是螺纹连接)，这样就可以轻易地把导线和导电密封盘07分离，然后将真空袋铺贴到导电密封盘07上，方便操作。
倒T型底盘7与构件02的接触面上设置第二密封垫10，使得接触面更软一点，倒T型底盘7在构件蠕变变形后能一定程度地跟随变形，从而保持良好的接触。
密封导电装置还可以包括设置在模具上表面的绝缘膜，以使得模具与构件之间绝缘，保证导电密封盘上传导过来的脉冲电流全部作用在构件上。绝缘膜材料可为聚酰亚胺薄膜，聚酰亚胺薄膜由均苯四甲酸二酐与二氨基二苯醚制得，有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能，可在250～280℃空气中长期使用，一面带有胶便于固定。绝缘膜厚度为0.055mm-0.060mm，绝缘膜太厚会影响构件成形后的型面精度。
采用上述的密封导电装置的将脉冲电流引入热压罐的密封导电方法，包括步骤：
1.抽真空。首先清洗模具去除污渍；接着在模具上铺贴与构件长宽相适应的聚酰亚胺薄膜，然后依次放置构件、透气毡，然后在适合的地方布置好真空阀，在构件两端布置好导电密封盘，接着铺上真空袋并用专用胶带密封真空袋。最后，在真空阀处连接导气管，进行抽真空，若停止抽真空后袋内压强保持在0.1Mpa，说明密封性良好。特别地，密封导电装置使用方法如下：
A、将导电密封盘导线接头部分与倒T型底盘拆分开，将两个导电密封盘倒T型底盘分别布置在构件的两端合适位置，并在此处透气毡设置与导电盘底部大小相适应的通孔，使导电盘与构件直接接触；
B、在真空袋03上设置一个通孔，所述通孔的大小与倒T型底盘的上部尺寸相适应；
C、将倒T型底盘7穿过所述通孔，使得倒T型底盘的下部平台部分置于真空袋内；
D、在倒T型底盘7与真空袋03连接处放置第一密封垫9，并用锁紧螺母8将第一密封垫9、真空袋03和倒T型底盘7压紧；
E、将导电密封盘导线接头4的底部与倒T型底盘连接；
F、用万用表测倒T型底盘7与模具01之间的电阻，若电阻为无限大，说明构件与模具之间绝缘良好；
G、导电密封盘导线接头4的顶部与电极芯3连接(此操作在热压罐内进行)。
2.蠕变时效成形。将构件与模具工装一起放入热压罐内，接着将导电密封盘导线接头部分与电极芯连接(即上述步骤G)，然后在模具合适位置布置热电偶来测温和控温，完成后关闭罐门，开始升温加压。设定温度为165℃，空气载荷为0.4Mpa，当罐内热压达到此目标值时，打开脉冲电源，开始对构件施加脉冲电流，保持热力载荷12h。
3.出罐整理。保持热力载荷12h后，结束试验，卸载空气载荷。降温后去除导电装置、真空阀、真空袋等，取出成形构件，完成实验。
用欧姆法测导电密封盘与构件间的电阻，电源为恒电流电源，利用高精度的万用表测两个导电密封盘(正负极)间的电压值，由此计算出电阻值约为5×10-4Ω，测试结果和相关参数如下表所示：
| 金属网间隙 | 金属丝粗细 | 金属丝材质 | 电流(A) | 电压(mV) | |
| 实施例1 | 0.02mm | 0.10mm | 铜 | 10 | 5 |
| 实施例2 | 0.02mm | 0.12mm | 铜 | 15 | 7.5 |
| 实施例3 | 0.01mm | 0.13mm | 铜 | 20 | 10 |
| 实施例4 | 0.01mm | 0.14mm | 铜 | 25 | 12.5 |
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种将脉冲电流引入热压罐的密封导电装置，其特征在于，包括罐体电极、通过导线与罐体电极连接的导电密封盘；导电密封盘置于热压罐罐体内部；
所述罐体电极包括与热压罐上的法兰盘配合安装的法兰盖，以及穿过所述法兰盖的电极芯；
所述导电密封盘包括与电极芯通过导线连接的导线接头、顶部与导线接头连接的倒T型底盘、设置在倒T型底盘上表面的第二密封垫和锁紧螺母、设置在倒T型底盘下表面的金属网；金属网将电流传导至构件上；真空袋穿过倒T型底盘上部，被第二密封垫和锁紧螺母密封固定在倒T型底盘上表面。
2.根据权利要求1所述的密封导电装置，其特征在于，还包括设置在模具表面的绝缘膜；绝缘膜材料为聚酰亚胺薄膜。
3.根据权利要求2所述的密封导电装置，其特征在于，所述绝缘膜厚度为
0.055mm-0.060mm。
4.根据权利要求1所述的密封导电装置，其特征在于，所述法兰盖与所述电极芯之间设置有绝缘件。
5.根据权利要求1所述的密封导电装置，其特征在于，所述金属网通过环绕倒T型底盘的锁紧环固定在倒T型底盘上。
6.根据权利要求1所述的密封导电装置，其特征在于，所述金属网为铜网。
7.根据权利要求6所述的密封导电装置，其特征在于，编织金属网的材料为直径为
0.10-0.14mm的铜丝。
8.采用权利要求1-7任一项所述的密封导电装置的将脉冲电流引入热压罐的密封导电方法，其特征在于，包括步骤：
A、将导电密封盘导线接头部分与倒T型底盘拆分开；
B、在真空袋上设置一个通孔，所述通孔的大小与倒T型底盘的上部尺寸相适应；
C、将倒T型底盘穿过所述通孔，使得倒T型底盘的下部平台部分置于真空袋内；
D、在倒T型底盘与真空袋连接处放置第一密封垫，并用锁紧螺母将第一密封垫、真空袋和倒T型底盘压紧。
9.根据权利要求8所述的密封导电方法，其特征在于，还包括：
E、将导电密封盘导线接头的底部与倒T型底盘连接；
F、导电密封盘导线接头的顶部与电极芯连接。
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