CN107096973B - 一种钎焊及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钎焊及检测装置，包括真空系统、负载系统、温控系统和检测系统，负载系统包括原位载荷机和夹具，夹具设置于真空室的内部，原位载荷机与夹具相连，温控系统包括热像图观测装置、加热模块和冷却模块，加热模块设置于真空室的内部，冷却模块与真空室相连，热像图观测装置设置于真空室的外部，检测系统包括检测装置和控制器，检测装置与控制器相连，真空系统、负载系统和温控系统分别与检测系统相连。本发明实现了钎焊过程中升温、降温速率可调可控，提高工作效率，同时能够实现单次焊接过程各钎焊工艺参数多变量组合效应，对钎焊接头组织结构演变的原位实时检测分析，在焊接结束后对接头性能做出进一步的评价。
Description
技术领域
本发明涉及钎焊设备领域，特别是涉及一种钎焊及检测装置。
背景技术
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。钎焊主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及复杂薄板结构，如夹层构件、蜂窝结构等，也常用于钎焊各类异线与硬质合金刀具。钎焊时，对被钎接工件接触表面经清洗后，以搭接形式进行装配，把钎料放在接合间隙附近或直接放入接合间隙中。当工件与钎料一起加热到稍高于钎料的熔化温度后，钎料将熔化并浸润焊件表面。液态钎料借助毛细管作用，将沿接缝流动铺展。于是被钎接金属和钎料间进行相互溶解，相互渗透，形成合金层，冷凝后即形成钎接接头。
随着科技的发展，许多新材料应运而生，钎焊作为重要的连接技术，对于新材料的连接以及复杂精细结构的制造，具有独特的灵活性和优越性，但是传统的钎焊方法主要使用真空钎焊耗能较大，钎焊时间长且钎焊过程不可控，无法对焊接接头的形成过程以及焊接缺陷进行动态分析，真空钎焊和瞬时液相(TLP)扩散焊虽然较传统的钎焊方法有较大的优势，但仍采用真空钎焊炉施焊，无法解决焊接效率低，不能对焊接组织演变实时监测的问题。
因此，如何改变现有技术中，钎焊焊接效率低且无法对焊接过程实时监控的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钎焊及检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，使操作人员能够实时了解焊接过程中焊接组织状态，提高焊接效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钎焊及检测装置，包括真空系统、负载系统、温控系统和检测系统；
所述真空系统包括真空室、真空泵，所述真空室和真空泵通过吸气管相连；
所述负载系统包括原位载荷机和夹具，所述夹具设置于所述真空室的内部，所述原位载荷机与所述夹具相连；
所述温控系统包括热像图观测装置、加热模块和冷却模块，所述加热模块设置于所述真空室的内部，所述冷却模块与所述真空室相连，所述热像图观测装置设置于所述真空室的外部；
所述检测系统包括检测装置和控制器，所述检测装置与所述控制器相连，所述检测装置包括高温显微观测仪和电荷耦合器件，所述高温显微观测仪设置于所述真空室的内部，所述电荷耦合器件安装于所述原位载荷机上；
所述真空系统、所述负载系统和所述温控系统分别与所述检测系统相连。
优选地，所述夹具包括夹具主体和插件，所述夹具主体上具有插槽，所述插件插入所述插槽中并将待焊件固定在所述夹具主体上。
优选地，所述夹具主体还包括进水口、出水口和冷却水道，所述冷却水道连接所述进水口和所述出水口，所述进水口通过管道与所述冷却模块相连。
优选地，所述真空室包括前盖和主体，所述前盖与所述主体铰接连接，所述前盖与所述主体之间加装密封圈。
优选地，所述主体为双层密闭式结构，所述主体的内、外壁之间设置冷却通道，所述主体的内壁上还设置有环形喷嘴，所述环形喷嘴与所述冷却通道相连通，所述冷却通道通过导管与所述冷却模块相连。
优选地，所述前盖和所述主体的侧壁上还开设有观察口，所述观察口处设置透明玻璃，作密封处理。
优选地，所述原位载荷机包括机架、电机和承载立柱，所述承载立柱与所述电机相连，所述承载立柱穿过所述机架伸入所述真空室的内部，所述电机与所述检测系统相连。
优选地，所述承载立柱的数量为两个，两个所述承载立柱分别从相对的两个方向伸入所述真空室中。
优选地，所述冷却模块包括液氮罐，所述液氮罐与所述环形喷嘴相连。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供的钎焊及检测装置，包括真空系统、负载系统、温控系统和检测系统，真空系统、负载系统和温控系统分别与检测系统相连，实现钎焊过程中升温、降温速率可调可控，提高工作效率，同时能够实现单次焊接过程各钎焊工艺参数多变量组合效应，对钎焊接头组织结构演变的原位实时检测分析，在焊接结束后对接头性能做出进一步的评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明钎焊及检测装置的整体结构示意图；
图2为本发明钎焊及检测装置的整体正向结构示意图；
图3为本发明钎焊及检测装置的真空室的剖切结构示意图；
图4为本发明钎焊及检测装置的夹具的整体结构示意图；
图5为本发明钎焊及检测装置的夹具的剖切结构示意图；
其中，1为真空室，101为前盖，102为主体，103为冷却通道，104为环形喷嘴，105为观察口，2为真空泵，3为原位载荷机，301为机架，302为电机，303为承载立柱，401为夹具主体，402为插件，403为插槽，404为进水口，405为出水口，5为热像图观测装置，6为加热模块，7为冷却模块，701为液氮罐，8为检测装置，801为高温显微观测仪，802为电荷耦合器件，9为控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种钎焊及检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，使操作人员能够实时了解焊接过程中焊接组织状态，提高焊接效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1至图5，图1为本发明钎焊及检测装置的整体结构示意图，图2为本发明钎焊及检测装置的整体正向结构示意图，图3为本发明钎焊及检测装置的真空室的剖切结构示意图，图4为本发明钎焊及检测装置的夹具的整体结构示意图，图5为本发明钎焊及检测装置的夹具的剖切结构示意图。
本发明提供一种钎焊及检测装置，包括真空系统、负载系统、温控系统和检测系统；
真空系统包括真空室1、真空泵2，真空室1和真空泵2通过吸气管相连；
负载系统包括原位载荷机3和夹具，夹具设置于真空室1的内部，原位载荷机3与夹具相连；
温控系统包括热像图观测装置5、加热模块6和冷却模块7，加热模块6设置于真空室1的内部，冷却模块7与真空室1相连，热像图观测装置5设置于真空室1的外部；
检测系统包括检测装置8和控制器9，检测装置8与控制器9相连，检测装置8包括高温显微观测仪801和电荷耦合器件802，高温显微观测仪801设置于真空室1的内部，电荷耦合器件802安装于原位载荷机3上；
真空系统、负载系统和温控系统分别与检测系统相连。
本发明的钎焊及检测装置工作时，通过真空室1中的夹具，将待焊件固定于原位载荷机3上，令两待焊件之间装填钎料，焊接过程中开启冷却模块7获得高温瞬态组织。在确认真空室1在密封良好的情况下，对其抽真空，调节控制器9，设置钎焊的焊接温度、升温降温速率及保温时间，通过原位载荷机3对待焊件施压，完成焊接，焊接完成后，直接在原位载荷机3上通过检测装置8对焊接接头的拉伸、持久、蠕变、冷热疲劳等一系列性能进行测试、评价。
本发明的装置能够实现单次焊接过程各钎焊工艺参数多变量组合效应，并对钎焊接头性能进行即时检测分析，从而为钎焊工艺参数优化提供多样化选择，并对焊接接头性能评价及失效分析提供有利参考。
具体地，夹具包括夹具主体401和插件402，夹具主体401上具有插槽403，插件402插入插槽403中并将待焊件固定在夹具主体401上。夹具为分体式结构，用插件402将待焊件固定在夹具主体401上，提高待焊件的稳定性，为焊接提供便利。
夹具主体401还包括进水口404、出水口405和冷却水道(图中未示出)，冷却水道连接进水口404和出水口405，进水口404通过管道与冷却模块7相连。冷却水道设置于夹具主体401的内部。在本具体实施方式中，冷却模块7包括水箱和液氮罐701，进水口404通过管道与冷却模块7中的水箱(未示出)相连，钎焊前，启动水箱的水泵，驱动循环水由进水口404进入冷却水道为待焊件提供温度梯度。
更具体地，真空室1包括前盖101和主体102，前盖101与主体102铰接连接，前盖101与主体102之间加装密封圈，确保抽真空时前盖101与主体102之间密封良好。
其中，主体102为双层密闭式结构，主体102的内、外壁之间设置冷却通道103，主体102的内壁上还设置有环形喷嘴104，环形喷嘴104与冷却通道103相连通，冷却通道103通过导管与冷却模块7中设置的液氮罐701相连。两待焊件之间装填钎料，焊接过程中，环形喷嘴104向待焊件表面喷液氮，即可获得高温瞬态组织。
在本具体实施方式中，主体102的两侧内壁上均设置六个角度、长短可调的环形喷嘴104，工作时，调节环形喷嘴104的角度使其对准钎料所在平面并将环形喷嘴104延伸至距离待焊件表面5cm左右，焊接过程中，开启液氮罐701的阀门，使液氮从冷却通道103经由环形喷嘴104喷至待焊件表面即可获得高温瞬态组织。在本发明的其他实施方式中，可根据待焊件的形态、位置等调整环形喷嘴104的数量、布局等以确保液氮工作效率。
然后，关闭真空室1的前盖101，在确认密封良好的情况下，对真空室1进行抽真空。在焊接过程中，热像图观测装置5位于真空室1的外部且处于其测温范围内，温控系统由控制器9控制，通过控制器9可以设定热像图观测装置5、加热模块6和冷却模块7的工作参数，设定钎焊的焊接温度、升温降温速率和保温时间等。在本具体实施方式中，加热模块6利用变截面电阻加热原理，根据热像图观测装置5的测温值是否达到钎焊温度阀值而终止或启动，加热模块6的直流电源额定功率20kW，热像图观测装置5的测温区间200-1700℃，空间分辨率不低于1.3mrad，温度分辨率高于NETD＝60mk。
另外，前盖101和主体102的侧壁上还开设有观察口105，观察口105处设置透明玻璃，作密封处理。
检测装置8包括高温显微观测仪801和电荷耦合器件802，高温显微观测仪801设置于真空室1的内部，电荷耦合器件802安装于原位载荷机3上，电荷耦合器件802面向观察口105。高温显微观测仪801呈现的组织图能够在控制器9的屏幕上清晰地显示出来，便于观察。电荷耦合器件802安装于原位载荷机3上且位置可调，调整电荷耦合器件802的安装位置，使其可以通过观察口105检测到待焊件表面。
进一步地，检测装置8还包括激光发射器、A/D转换器等，与电荷耦合器件802构成激光散斑干涉装置，可自动调焦使得控制器9上呈现清晰的组织图。
在开启加热模块6对待焊件实施焊接，钎焊结束后，可直接在原位载荷机3上对焊接接头的拉伸、持久、蠕变、冷热疲劳等性能作出进一步地评价。
在本具体实施方式中，原位载荷机3包括机架301、电机302和承载立柱303，承载立柱303与电机302相连，承载立柱303穿过机架301伸入真空室1的内部，电机302与控制器9相连。在焊接之前，承载立柱303可在电机驱动下向待焊件施加轴向负载。承载立柱303的数量为两个，两个承载立柱分别从相对的两个方向伸入真空室1中。待所有实验结束后，原位载荷机3卸载。通过控制器9中的处理软件对图像、数据信息分析焊接过程中的受力分布状况。
本发明的钎焊及检测装置，设置了真空室1、原位载荷机3和能够实时观测焊接过程的检测装置8，将真空室抽真空后，对待焊件实施焊接，控制器9设定钎焊的焊接温度、升温降温速率及保温时间等参数，检测装置8对焊接接头的形成过程实时观测并留存图像、参数信息，焊接结束后，原位载荷机3对焊接接头进行性能测试试验。整个钎焊过程中升温、降温速率可调可控，提高了工作效率，同时能够实现单次焊接过程各钎焊工艺参数多变量组合效应，对钎焊接头组织结构演变的原位实时检测分析，在焊接结束后对接头性能做出进一步的评价。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种钎焊及检测装置，其特征在于：包括真空系统、负载系统、温控系统和检测系统；
所述真空系统包括真空室、真空泵，所述真空室和真空泵通过吸气管相连；
所述负载系统包括原位载荷机和夹具，所述夹具设置于所述真空室的内部，所述原位载荷机与所述夹具相连；
所述温控系统包括热像图观测装置、加热模块和冷却模块，所述加热模块设置于所述真空室的内部，所述冷却模块与所述真空室相连，所述热像图观测装置设置于所述真空室的外部；
所述检测系统包括检测装置和控制器，所述检测装置与所述控制器相连，所述检测装置包括高温显微观测仪和电荷耦合器件，所述高温显微观测仪设置于所述真空室的内部，所述电荷耦合器件安装于所述原位载荷机上；
所述真空系统、所述负载系统和所述温控系统分别与所述检测系统相连；
所述夹具包括夹具主体和插件，所述夹具主体上具有插槽，所述插件插入所述插槽中并将待焊件固定在所述夹具主体上；
所述夹具主体还包括进水口、出水口和冷却水道，所述冷却水道连接所述进水口和所述出水口，所述进水口通过管道与所述冷却模块相连；
所述真空室包括前盖和主体，所述前盖与所述主体铰接连接，所述前盖与所述主体之间加装密封圈；
所述主体为双层密闭式结构，所述主体的内、外壁之间设置冷却通道，所述主体的内壁上还设置有环形喷嘴，所述环形喷嘴与所述冷却通道相连通，所述冷却通道通过导管与所述冷却模块相连。
2.根据权利要求1所述的钎焊及检测装置，其特征在于：所述前盖和所述主体的侧壁上还开设有观察口，所述观察口处设置透明玻璃，作密封处理。
3.根据权利要求1所述的钎焊及检测装置，其特征在于：所述原位载荷机包括机架、电机和承载立柱，所述承载立柱与所述电机相连，所述承载立柱穿过所述机架伸入所述真空室的内部，所述电机与所述检测系统相连。
4.根据权利要求3所述的钎焊及检测装置，其特征在于：所述承载立柱的数量为两个，两个所述承载立柱分别从相对的两个方向伸入所述真空室中。
5.根据权利要求1所述的钎焊及检测装置，其特征在于：所述冷却模块包括液氮罐，所述液氮罐与所述环形喷嘴相连。
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