CN110153527A - 一种真空钎焊炉加热室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空钎焊炉加热室，所述加热室包括炉体，炉门，复合反射屏，陶瓷加热元件，加热片固定架，物料固定支架，夹具，硅橡胶圈密封，所述加热室外表面上相应设置有真空抽气口、电极装置、液氮快冷风口、热偶装置、压力检测装置。

Description

一种真空钎焊炉加热室
技术领域
本发明涉及钎焊技术领域，尤其涉及一种真空钎焊炉加热室。
背景技术
钎焊技术是一种使用钎料将两种相同或不同的金属材料进行焊接的工艺手段，焊接母材以铝合金、不锈钢、铜等为主要母体材料。我们目前使用真空不锈钢、自来水管件、空调管件接头、雷达波导天线、雷达波导件、铝蜂窝地板等均使用钎焊焊接工艺进行处理实现。
铍是一种灰白色的碱土金属，既能溶于酸也能溶于碱液，是两性金属，主要用于制备合金，铍作为一种新兴材料日益被重视，铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。
铍是原子能工业之宝，在原子反应堆里，铍是能够提供大量中子炮弹的中子源；铍对快中子有很强的减速作用，可以使裂变反应连续不断地进行下去，所以铍是原子反应堆中最好的中子减速剂，为了防止中子跑出反应堆危及工作人员的安全，反应堆的四周得有一圈中子反射层，用来强迫那些企图跑出反应堆的中子返回反应堆中去。
铍材焊接很困难，其难度主要由铍材自身性能和焊接工艺两方面决定，从铍材的结构和性质来看，在性能上表现出严重的各向异性特征，铍在平行于C轴方向上延展性非常差，这种各向异性会在焊接过程中导致不同方向上形变和应力的不均匀性。
由于铍材料的特异性，使得普通的氮气保护加热炉无法很好的用于生产铍合金，本发明提供一种专门用于加工铍合金的真空钎焊炉加热室，以解决普通钎焊炉在加热铍合金过程中的延展性差、应力不均匀、焊缝污染、焊缝气孔以及焊缝开裂等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种真空钎焊炉加热室，本发明是以如下技术方案实现的：
一种真空钎焊炉加热室，所述加热室包括炉体，炉门，复合反射屏，陶瓷加热元件，加热片固定架，物料固定支架，夹具，硅橡胶圈密封，所述加热室外表面上相应设置有真空抽气口、电极装置、液氮快冷风口、热偶装置、压力检测装置。
进一步地，所述炉体为筒状，内部固定有一圈复合反射屏，复合反射屏的内部设置有陶瓷加热元件，所述陶瓷加热元件均通过加热片固定架固定在炉体和炉门上，所述炉门与炉体之间用“O”型硅橡胶圈密封。
进一步地，所述复合反射屏采用一层异形钼屏包裹一层多孔轻质陶瓷板的复合结构，所述异形钼屏上设置有钼销，用于将复合反射屏固定在炉体内部。
进一步地，所述陶瓷加热元件由陶瓷基板、熔合在两层陶瓷基板之间的一条均匀分布的电阻发热丝以及位于陶瓷基板上、下端并与电阻发热线路两端分别连接的两个引线端子构成，位于炉体内壁上的陶瓷加热元件为圆弧形，位于炉门内壁上的陶瓷加热元件为平板形。
进一步地，所述夹具为铍合金专用压力感应夹具。
进一步地，所述铍合金专用压力感应夹具包括第一电磁振动器、第二电磁振动器、第一限位支架、第二限位支架、第一圆弧型压力发生器、第二圆弧型压力发生器、第一指型压力发生器、第二指型压力发生器。
进一步地，所述第一电磁振动器与第二电磁振动器对称设置于铍合金专用压力感应夹具的两端，第一电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第一限位支架、第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器，所述第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架，第二电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第二限位支架、第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器，所述第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架。
进一步地，所述电阻发热丝由金属钼带或钼丝、钨、钽、镍铬、铁铬铝等金属制成。
本发明的有益效果：
1. 铍合金专用压力感应夹具可以确保焊接结构沿焊接方向压力均匀分布，在整个钎焊循环期间保持所需的夹紧力，压力微调系统保证铍合金不受热变形的影响，压力通过3点夹具的夹紧力均匀地传递到焊材的所有部分。
2.复合反射屏将金属与非金属隔热材料组合使用的隔热屏结构形式，结构简单节约成本，利用材料本身高的耐温性能和低的导热系数实现隔热，将热量限制在一定范围内，减少热量的散失和加热屏外的温升。
3.加热元件采用热转换效率更高、辐射率更稳定、高温不变形的陶瓷制成，因而加热效率更高，保证了焊接的温度要求，减少了高温热膨胀引起的加热元件的翘曲变形，耐热冲击能力强；
4.加热室采用多区加热，主加热区布置在反射屏四周，在炉门上加装一组加热元件，补偿炉门附近加热过程中的热量损失，保证了加热室内的温度均匀性热稳定性好，可在1000℃以上长时间使用。
附图说明
图1是本实施例提供的一种真空钎焊炉加热室的结构示意图；
图2是本实施例提供的一种复合反射屏的结构示意图
图3是本实施例提供的一种陶瓷加热元件的结构示意图；
图4是本实施例提供的一种铍合金专用压力感应夹具的结构示意图；
其中：1-炉体，2-炉门，3-复合反射屏，4-陶瓷加热元件，5-加热片固定架，6-物料固定支架，7-铍合金专用压力感应夹具，701-第一电磁振动器，702-第二电磁振动器，703-第一圆弧型压力发生器，704-第二圆弧型压力发生器，705-第一指型压力发生器，706-第二指型压力发生器，707-第一限位支架，708-第二限位支架，8-硅橡胶圈密封，9-真空抽气口，10-电极装置，11-液氮快冷风口，12-热偶装置，13-压力检测装置，301-异形钼屏，302-多孔陶瓷板，303-钼销，401-陶瓷基板，402-电阻加热丝，403-引线端子。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
如图1所示，一种真空钎焊炉加热室，包括炉体1，炉门2，复合反射屏3，陶瓷加热元件4，加热片固定架5，物料固定支架6，铍合金专用压力感应夹具7，硅橡胶圈密封8；所述炉体为筒状，内部固定有一圈复合反射屏，复合反射屏的内部设置有陶瓷加热元件，炉体的中心设置有物料固定支架和铍合金专用压力感应夹具，所述炉门的内表面上依次固定有一层复合反射屏和一层陶瓷加热元件，所述陶瓷加热元件均通过加热片固定架固定在炉体和炉门上，所述炉门与炉体之间用“O”型硅橡胶圈密封，所述加热室外表面上相应设置有真空抽气口9、电极装置10、液氮快冷风口11、热偶装置12、压力检测装置13。
如图2所示，所述复合反射屏采用一层异形钼屏301包裹一层多孔轻质陶瓷板302的复合结构，所述异形钼屏上设置有钼销303，用于将复合反射屏固定在炉体内部。
如图3所示，所述陶瓷加热元件由陶瓷基板401、熔合在两层陶瓷基板之间的一条均匀分布的电阻发热丝402以及位于陶瓷基板上、下端并与电阻发热线路两端分别连接的两个引线端子403构成，位于炉体内壁上的陶瓷加热元件为圆弧形，位于炉门内壁上的陶瓷加热元件为平板形。
如图4所示，所述铍合金专用压力感应夹具包括第一电磁振动器701， 第二电磁振动器702，第一圆弧型压力发生器703，第二圆弧型压力发生器704，第一指型压力发生器705，第二指型压力发生器706，第一限位支架707，第二限位支架708；所述第一电磁振动器与第二电磁振动器对称设置于铍合金专用压力感应夹具的两端，第一电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第一限位支架、第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器，所述第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架，第二电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第二限位支架、第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器，所述第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架。
进一步地，所述电阻发热丝由金属钼带或钼丝、钨、钽、镍铬、铁铬铝等金属制成。
进一步地，真空焊接系统相对于传统的回流焊系统，主要使用真空状态下铍合金专用压力感应夹具在液相线上帮助空洞排出，从而降低空洞率，因为真空系统的存在，还可减少氧化。
实施例2：
将本发明所述的加热室集成到冷壁真空钎焊炉内进行加热升温，并实时监控加热室内多点的实际温度，通过数据分析发现，达到稳态时整个炉体内的温度分布均匀，反射屏内部温度明显高于其外部温度，复合反射屏对工作区起到了很好的隔热保温作用，减少了炉内热量的损失，保证了加热带的有效工作效率。
在加热室工作区内布置9个测温点，通过空炉和带载实验数据显示，9个测温点在低温段和高温段测试时其温度均匀性达到了±5 ℃，加热室内水平方向温度差较小，主要原因是采用多区加热，主加热区布置在炉体四周，在炉门上加装一组加热元件，补偿炉门附近加热过程中的热量损失，保证了加热室内的温度均匀性，热稳定性好，焊接温度优选地为680℃。
焊接过程中，所述第一限位支架沿水平方向向中心微量移动以夹紧焊接材料，第 一电磁振动器带动第一圆弧型压力发生器及第一指型压力发生器形成3点压力震动形式， 使液相线上的第一焊材在振动状态下排出气泡，第二限位支架沿水平方向向中心微量移动 以夹紧焊接材料，第二电磁振动器带动第二圆弧型压力发生器及第二指型压力发生器形成 3点压力震动形式，使液相线上的第二焊材在振动状态下排出气泡。所述第一限位支架及第 二限位支架由耐高温硬质高分子材料制成，所述高分子材料单体结构式为，所述高分子材料为刚弹性混合性能材料，其与电子振动器结合 形成微振动压力模式，其他元件由耐热合金或硬质合金材料制成。
实施例3：
试验材料选用国产的Be（以下为质量分数%，BeO:0.7，BeN2:0.21，Al:0.09）和CuCrZr合金（以下为质量分数%，Cu:0.12，Cr：0.53，Zr：0.23，O：0.12），待测试铍材料尺寸均为30mm×100mm，待测试CuCrZr合金尺寸均为40mm×80mm，采用三种钎焊炉焊接，每个测试组检测5个样品，钎焊炉具体信息为，测试组1（S1-S5）：实施例1真空钎焊炉；测试组2 （S6-S10）：k-ZRX-4-10外热式真空钎焊炉；测试组3（S11-S15）：光纤激光钎焊炉，焊接温度650～800℃，焊接完成后，分别测试焊接件的性能。
1) 钎焊接头质量检测
采用浸入式超声波探伤仪评估质量测试组1、测试组2、测试组3、钎焊接头的焊接质量，选择1mm的缺陷尺寸作为接受标准，结果如表1所示。
2) 拉伸强度
钎焊后测试焊件的拉伸强度，结果如表1所示。
3) Be/CuCrZr合金扩散界面剪切强度
采用欧洲标准测试方法对Be/CuCrZr合金的连接强度进行剪切测试，结果如表1所示。
表1 接件性能检测结果
缺陷数（个） 拉伸强度（MPa） 界面剪切强度（MPa）
S1 1 350 311
S2 0 340 320
S3 0 355 325
S4 1 360 318
S5 0 340 320
平均值1 0.4 349 318.8
S6 3 234 188
S7 1 254 186
S8 2 276 198
S9 1 250 180
S10 2 288 178
平均值2 1.8 260.4 186
S11 2 288 210
S12 1 290 220
S13 3 310 218
S14 3 281 216
S15 2 266 225
平均值3 2.2 287 217.8
由表1结果可见，本发明提供的钎焊炉焊接的Be/CuCrZr合金焊件缺陷数少，拉伸强度及界面剪切强度高，性能显著优于其他测试组。
本发明采用真空状态下铍合金专用压力感应夹具在液相线上通过微压力震动帮助铍合金空洞排出，从而降低空洞率，因为真空系统的存在，还可减少氧化，实现了对常规状态下无法良好焊接的铍合金的良好焊接并且获得的焊材性能优越，缺陷数少、拉伸强度及界面剪切强度高。
虽然本发明主要描述了以上实施例，但是只是作为实例来加以描述，而本发明并不限于此实施例。本领域普通技术人员能做出多种变型和应用而不脱离实施例的实质特性，可认为包括在所附权利要求所限定的本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种真空钎焊炉加热室，其特征在于，所述加热室包括炉体，炉门，复合反射屏，陶瓷加热元件，加热片固定架，物料固定支架，夹具，硅橡胶圈密封，所述加热室外表面上相应设置有真空抽气口、电极装置、液氮快冷风口、热偶装置、压力检测装置。
2.根据权利要求1所述加热室，其特征在于，所述炉体为筒状，内部固定有一圈复合反射屏，复合反射屏的内部设置有陶瓷加热元件，所述陶瓷加热元件均通过加热片固定架固定在炉体和炉门上，所述炉门与炉体之间用“O”型硅橡胶圈密封。
3.根据权利要求1所述加热室，其特征在于，所述复合反射屏采用一层异形钼屏包裹一层多孔轻质陶瓷板的复合结构，所述异形钼屏上设置有钼销，用于将复合反射屏固定在炉体内部。
4.根据权利要求1所述加热室，其特征在于，所述陶瓷加热元件由陶瓷基板、熔合在两层陶瓷基板之间的一条均匀分布的电阻发热丝以及位于陶瓷基板上、下端并与电阻发热线路两端分别连接的两个引线端子构成，位于炉体内壁上的陶瓷加热元件为圆弧形，位于炉门内壁上的陶瓷加热元件为平板形。
5.根据权利要求1所述加热室，其特征在于，所述夹具为铍合金专用压力感应夹具。
6.根据权利要求5所述加热室，其特征在于，所述铍合金专用压力感应夹具包括第一电磁振动器、第二电磁振动器、第一限位支架、第二限位支架、第一圆弧型压力发生器、第二圆弧型压力发生器、第一指型压力发生器、第二指型压力发生器。
7.根据权利要求6所述加热室，其特征在于，所述第一电磁振动器与第二电磁振动器对称设置于铍合金专用压力感应夹具的两端，第一电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第一限位支架、第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器，所述第一圆弧型压力发生器与第一指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架，第二电磁振动器至物料固定支架之间依次设置有第二限位支架、第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器，所述第二圆弧型压力发生器与第二指型压力发生器相互平行并且静态下均垂直于物料固定支架。
8.根据权利要求1-7所述加热室，其特征在于，所述电阻发热丝由金属钼带或钼丝、钨、钽、镍铬、铁铬铝等金属制成。
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