CN110220824A - 一种气保护钎料铺展试验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气保护钎料铺展试验方法及其装置，包括加热装置和铺展装置，加热装置包括炉体及设置在炉体一侧的炉门；铺展装置包括漏斗、封口组件及铺展机构；封口组件包括挡板、转轴及电机，挡板和转轴均设置在炉体内，挡板设置在漏斗的正下方；具体包括如下步骤：将加热炉温度升至测试温度；启动电机使挡板将下料管的底部出口封住，同时打开储气罐的开关，通入氩气，将待测钎料放入锥形斗内；待钎料完全熔化后，启动电机使挡板旋转至至平行于下料管的中心轴线方向，液态钎料落至基板的上表面；待保温时间为30～50s后，打开炉门，取出基板，即得钎料铺展的试样，本发明实现不同形态钎料铺展面积的精确测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种可实现不同形态（丝状、片状、粉状、膏状等）钎料铺展面积精确测试的加热炉，属于材料分析测试领域，具体涉及一种气保护钎料铺展试验方法及其装置。
背景技术
在气保护钎料润湿性铺展试验中，将一定重量的试验钎料置于母材中央，将其置于石英管内，采用气保护润湿炉加热，待钎料熔化后保温30～50 s，加热前采用保护气体将石英管里面的空气排出，加热过程中一直通入保护气体至取出铺展试样，室温自然冷却后清洗干净，计算钎料的铺展面积。然而在钎料重量一定时，同种成分、不同形态的钎料与母材接触面积不一样，一般情况下比表面积大的钎料（箔带状、粉状等）与母材接触面积较大。同种成分、不同形态的钎料受热熔化，在母材表面铺展时，钎料与母材的接触面积势必对钎料的铺展造成重要影响，导致钎料铺展面积精确度较差。同时该种试验方法采用石英管内通气保护，方法繁琐，试验效率较低。
发明内容
本发明主要目的是解决上述问题，本发明的目的是提供一种针对不同形态：丝状、片状、粉状、膏状等钎料铺展前加热预成型，实现不同形态钎料铺展面积精确测试的方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种气保护钎料铺展试验用装置，包括加热装置和铺展装置，所述加热装置包括炉体及设置在所述炉体一侧的炉门，所述炉体上从下到上依次设置有进气孔Ⅰ和进气孔Ⅱ，所述进气孔Ⅰ和所述进气孔Ⅱ内分别对应的设置有导气管Ⅰ和导气管Ⅱ；
所述铺展装置包括漏斗、封口组件及铺展机构，所述漏斗设置在所述炉体内，所述漏斗包括锥形斗及设置在所述锥形斗下方且与所述锥形斗相连通的下料管，所述锥形斗和所述下料管的中心轴线重合；
所述封口组件包括挡板、转轴及电机，所述挡板和所述转轴均设置在所述炉体内，所述挡板设置在所述漏斗的正下方；所述电机安装在所述炉体上，所述电机的输出端与所述转轴的一端相连，所述转轴的另一端与所述挡板相连。
进一步的，所述炉体的内壁内设置有空腔，所述空腔内设置有加热组件，所述炉体内从下到上依次设置有感温组件Ⅰ和感温组件Ⅱ。
进一步的，所述炉体的一侧壁上设置有出气孔。
进一步的，所述炉门上设置有可视窗。
进一步的，所述导气管Ⅱ的一端与储气罐相连通，所述导气管Ⅱ的另一端穿过所述进气孔Ⅱ后设置在所述锥形斗的正上方。
进一步的，所述下料管上设置有用于固定所述下料管的支撑架，该支撑架安装在所述炉体上。
进一步的，所述铺展机构包括支撑台、基板及两个限位板，所述支撑台安装在所述炉体内且所述支撑台设置在所述挡板的下方，两个所述限位板关于所述下料管的中心轴线方向对称设置在所述支撑台的顶面上，所述基板设置在两个所述限位板之间的支撑台的上端面上。
进一步的，所述支撑台内部设置有通气管，位于两个所述限位板之间的支撑台的上端面上设置有两个定位孔，所述通气管的一端与所述导气管Ⅰ的一端相连通，所述通气管的另一端与两个所述定位孔相连通，所述导气管Ⅰ的另一端与储气罐相连通。
进一步的，两个所述定位孔关于所述下料管的中心轴线方向对称设置。
一种气保护钎料铺展试验用装置的钎料铺展方法，包括以下步骤：
一、打开加热组件，将加热炉温度升至设定钎料铺展的测试温度，其中感温组件Ⅰ和感温组件Ⅱ显示温度相同；
二、启动电机使挡板旋转至垂直于下料管的中心轴线方向且挡板将下料管的底部出口封住，同时打开储气罐的开关，向导气管Ⅰ和导气管Ⅱ内通入氩气，将一定重量的待测钎料放入锥形斗内，同时将基板放入两个所述限位板之间的支撑台的上端面上，采用两个定位孔定位，使基板的中心与漏斗位于同一中心轴线上；
三、关闭炉门，透过可视窗观察漏斗内钎料的状态，待钎料完全熔化后，待感温组件Ⅰ和感温组件Ⅱ温度升至设定的测试温度，启动电机使挡板旋转至至平行于下料管的中心轴线方向，液态钎料落至基板的上表面；
四、待保温时间为30～50s后，打开炉门，待基板表面的液态钎料凝固后，关闭储气罐上的开关，取出基板，即得钎料铺展的试样。
本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：
1.对铺展前不同形态（丝状、片状、粉状、膏状等）的钎料进行预成型，减小了钎料形态差异对钎料铺展的影响，提高了钎料润湿性试验的精确度；
2.将一定重量待测钎料的预成型与钎料铺展结合起来，节约能源的同时提高了试验效率；
3.对待测钎料重量、润湿基体板材表面粗糙度及厚度进行精确控制，减小了因钎料用量、固-液界面张力、热传导均匀性等因素对钎料铺展的影响，提高了钎料润湿性试验的准确度；
4.该钎料铺展性试验炉实现了钎料熔化及铺展动态过程的直观可视，适用温度范围广；
5.采用半敞开式气体保护装置，取放料方便，提高了试验效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的封口组件的结构示意图；
图中标记：1、炉体，101、加热组件，2、感温组件Ⅰ，3、通气管，4、感温组件Ⅱ，5、出气孔，6、锥形斗，601、下料管，7、钎料，8、支撑架，9、基板，10、转轴，1001、挡板，11、支撑台，1101、定位孔，1102、限位板，12、导气管Ⅰ，13、电机，14、可视窗，15、导气管Ⅱ，16、炉门。
具体实施方式
结合附图对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
根据附图可知，一种气保护型钎料铺展试验用装置，包括加热装置和铺展装置，所述加热装置包括炉体1及设置在所述炉体1一侧的炉门16，所述炉体1的一侧壁上设置有出气孔5，所述炉门16为合页门，所述炉门16上设置有可视窗14，可视窗14内装有耐高温安全防护玻璃，所述炉体1的内壁内设置有空腔，所述空腔内设置有加热组件101，该加热组件101为电炉丝，空腔内还填充有耐高温绝缘材料，所述炉体1内从下到上依次设置有感温组件Ⅰ2和感温组件Ⅱ4；感温组件Ⅰ2和感温组件Ⅱ4均为热电偶；所述炉体1上从下到上依次设置有进气孔Ⅰ和进气孔Ⅱ，所述进气孔Ⅰ和所述进气孔Ⅱ内分别对应的设置有导气管Ⅰ12和导气管Ⅱ15；所述导气管Ⅱ15的一端与储气罐相连通，储气罐内储存的气体为氩气，所述导气管Ⅱ15的另一端穿过所述进气孔Ⅱ后设置在所述锥形斗6的正上方；导气管Ⅰ12和所述导气管Ⅱ15的直径为1～3mm；
所述铺展装置包括漏斗、封口组件及铺展机构，所述漏斗设置在所述炉体1内，所述漏斗的材质为高纯石墨漏斗，所述漏斗包括锥形斗6及设置在所述锥形斗6下方且与所述锥形斗6相连通的下料管601，锥形斗6和下料管601一体设置，感温组件Ⅱ4与锥形斗6相对设置用于测试锥形斗6的温度，确保钎料在锥形斗6内的熔化温度为测试温度，锥形斗6的锥角为60~160°，所述锥形斗6和所述下料管601的中心轴线重合；所述锥形斗6和所述下料管601内侧表面粗糙度Ra≤5μm；下料管601的下口端面粗糙度Ra≤1μm，下料管601的下口内径尺寸范围为1.0～2.0mm，所述下料管601上设置有用于固定所述下料管601的支撑架8，该支撑架8安装在所述炉体1上；
所述封口组件包括挡板1001、转轴10及电机13，所述挡板1001和所述转轴10均设置在所述炉体1内，所述挡板1001设置在所述下料管601的正下方，通过挡板1001的旋转实现对下料管601下口进行密封和对下料管601的下口实现正常的下料；挡板1001为陶瓷挡板1001，其表面粗糙度Ra≤1μm；支撑架8和挡板1001的材质均为碳化硅；所述电机13安装在所述炉体1上，所述电机13的输出端与所述转轴10的一端相连，所述转轴10的另一端与所述挡板1001相连。
所述铺展机构包括支撑台11、基板9及两个限位板1102，所述支撑台11安装在所述炉体1内且所述支撑台11设置在所述挡板1001的下方，感温组件Ⅰ2设置在支撑台11的下方用于测试铺展过程中的温度，确保钎料温度为提供的测试温度；基板9表面采用精密磨床磨削，表面粗糙度Ra≤1μm，厚度公差±5μm；两个所述限位板1102关于所述下料管601的中心轴线方向对称设置在所述支撑台11的顶面上，两个所述限位板1102在竖直方向上垂直于支撑台11设置；所述基板9设置在两个所述限位板1102之间的支撑台11的上端面上；所述支撑台11内部设置有通气管3，位于两个所述限位板1102之间的支撑台11的上端面上设置有两个定位孔1101，所述通气管3的一端与所述导气管Ⅰ12的一端相连通，所述通气管3的另一端与两个所述定位孔1101相连通，所述导气管Ⅰ12的另一端与储气罐相连通；两个所述定位孔1101关于所述下料管601的中心轴线方向对称设置。
一种气保护钎料铺展试验方法，包括以下步骤：
一、打开加热组件101，将加热炉温度升至设定钎料7铺展的测试温度，钎料7采用分析天平称量，重量精确到0.00001g，其中感温组件Ⅰ2和感温组件Ⅱ4显示温度相同；
二、启动电机13使挡板1001旋转至垂直于下料管601的中心轴线方向且挡板1001将下料管601的底部出口封住，同时打开储气罐的开关，向导气管Ⅰ12和导气管Ⅱ15内通入氩气，将一定重量的待测钎料7放入锥形斗6内，气体通过导气管Ⅱ15对锥形斗6内的钎料7进行局部的气保护，使锥形斗6内的钎料7与空气隔离，避免氧化；同时将基板9放入两个所述限位板1102之间的支撑台11的上端面上，采用两个定位孔1101定位，使基板9的中心与漏斗位于同一中心轴线上；气体通过导气管Ⅰ12对基板9上的钎料7进行局部的气保护，使基板9上的钎料7与空气隔离，避免氧化；
三、关闭炉门16，透过可视窗14观察漏斗内钎料7的状态，待钎料7完全熔化后，待感温组件Ⅰ2和感温组件Ⅱ4温度升至设定的测试温度，启动电机13使挡板1001旋转至至平行于下料管601的中心轴线方向，液态钎料7落至基板9的上表面；
四、待保温时间为30～50s后，打开炉门16，待基板9表面的液态钎料7凝固后，关闭储气罐上的开关，取出基板9，即得钎料7铺展的试样。
随着国内市场经济发展和工业化进程的加快，钎焊材料的总趋势正朝着“优质、高效、自动化”的方向发展，其供货形态由传统的丝状、条状、带状发展到线状、箔带状、粉状、膏状等。国家标准GB/T 11364-2008《钎料润湿性试验方法》对铺展试验中钎料的形状及用量没有特殊的规定。
下面通过具体实施例将本发明方法与现有钎料润湿铺展方法进行对比分析，对本发明的精确度做更加详细的说明。
实施例中所用钎料为铜基钎料，钎料用量为0.2g，钎料称量采用BT25S赛多利斯电子天平，精度控制在0.00001g；所用润湿基体板材为Q235碳钢板，尺寸为4×4mm，厚度为1mm，采用SG-52SD精密平面磨床进行磨削，表面粗糙度Ra=0.5μm，厚度公差±5μm；钎剂均采用粉状FB102钎剂；本发明方法与现有钎料润湿铺展方法分别测试5组试样，将铺展试样与参照物一同扫描入计算机，利用AutoCAD 2007软件计算钎料的铺展面积。
实施例2
钎料类型：BCu58ZnMn（丝状，直径为2mm）
熔化温度范围：880℃～909℃； 设定测试温度：950℃； 保温时间：40s ；
现有润湿方法铺展试样面积：①256mm2 ,②243mm2；③238mm2；④264mm2；⑤272mm2
该组数据的标准差σ1=12.67；
本发明方法铺展试样面积：①255mm2 ,②256mm2；③254mm2；④255mm2；⑤256mm2
该组数据的标准差σ2=0.75；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
实施例3
钎料类型：BCu58ZnMn（片状，厚度为0.1mm）
熔化温度范围：880℃～909℃； 设定测试温度：950℃； 保温时间：40s ；
现有润湿方法铺展试样面积：①269mm2 ；②258mm2；③275mm2；④274mm2；⑤285mm2
该组数据的标准差σ1=8.80
本发明方法铺展试样面积：①255mm2 ,②254mm2；③254mm2；④256mm2；⑤256mm2
该组数据的标准差σ2=0.89；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
实施例4
钎料类型：BCu58ZnMn（粉状，粒度为100目）
熔化温度范围：880℃～909℃； 设定测试温度：950℃ ； 保温时间：40s ；
现有润湿方法铺展试样面积：①279mm2 ；②271mm2；③262mm2；④286mm2；⑤254mm2
该组数据的标准差σ1=11.46；
本发明方法铺展试样面积：①253mm2 ,②254mm2；③256mm2；④255mm2；⑤255mm2
该组数据的标准差σ2=1.02；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
实施例5
钎料类型：BCu80PAg（丝状，直径为1.0mm）
熔化温度范围：645℃～800℃； 设定测试温度：830℃； 保温时间：50s；
现有润湿方法铺展试样面积：①242mm2 ；②231mm2；③225mm2；④253mm2；⑤239mm2
该组数据的标准差σ1=9.59；
本发明方法铺展试样面积：①238mm2 ,②237mm2；③237mm2；④237mm2；⑤239mm2
该组数据的标准差σ2=0.8；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
实施例6
钎料类型：BCu80PAg（片状，厚度为0.15mm）
熔化温度范围：645℃～800℃； 设定测试温度：830℃； 保温时间：50s ；
现有润湿方法铺展试样面积：①236mm2；②254mm2；③248mm2；④221mm2；⑤229mm2
该组数据的标准差σ1=12.08；
本发明方法铺展试样面积：①239mm2 ,②240mm2；③238mm2；④238mm2；⑤237mm2
该组数据的标准差σ2=1.02；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
实施例7
钎料类型：BCu80PAg（粉状，粒度为200目）
熔化温度范围：645℃～800℃； 设定测试温度：830℃； 保温时间：50s；
现有润湿方法铺展试样面积：①232mm2 ；②220mm2；③245mm2；④268mm2；⑤251mm2
该组数据的标准差σ1=16.39；
本发明方法铺展试样面积：①236mm2 ,②237mm2；③238mm2；④235mm2；⑤239mm2
该组数据的标准差σ2=1.41；
由两组数据的标准差σ1和σ2可知，本发明方法精确度相比现有方法高出一个数量级。
还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种气保护钎料铺展试验用装置，包括加热装置和铺展装置，其特征在于：所述加热装置包括炉体(1)及设置在所述炉体(1)一侧的炉门(16)，所述炉体(1)上从下到上依次设置有进气孔Ⅰ和进气孔Ⅱ，所述进气孔Ⅰ和所述进气孔Ⅱ内分别对应的设置有导气管Ⅰ(12)和导气管Ⅱ(15)；
所述铺展装置包括漏斗、封口组件及铺展机构，所述漏斗设置在所述炉体(1)内，所述漏斗包括锥形斗(6)及设置在所述锥形斗(6)下方且与所述锥形斗(6)相连通的下料管(601)，所述锥形斗(6)和所述下料管(601)的中心轴线重合；
所述封口组件包括挡板(1001)、转轴(10)及电机(13)，所述挡板(1001)和所述转轴(10)均设置在所述炉体(1)内，所述挡板(1001)设置在所述漏斗的正下方；所述电机(13)安装在所述炉体(1)上，所述电机(13)的输出端与所述转轴(10)的一端相连，所述转轴(10)的另一端与所述挡板(1001)相连。
2.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述炉体(1)的内壁内设置有空腔，所述空腔内设置有加热组件(101)，所述炉体(1)内从下到上依次设置有感温组件Ⅰ(2)和感温组件Ⅱ(4)。
3.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述炉体(1)的一侧壁上设置有出气孔(5)。
4.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述炉门(16)上设置有可视窗(14)。
5.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述导气管Ⅱ(15)的一端与储气罐相连通，所述导气管Ⅱ(15)的另一端穿过所述进气孔Ⅱ后设置在所述锥形斗(6)的正上方。
6.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述下料管(601)上设置有用于固定所述下料管(601)的支撑架(8)，该支撑架(8)安装在所述炉体(1)上。
7.根据权利要求1所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述铺展机构包括支撑台(11)、基板(9)及两个限位板(1102)，所述支撑台(11)安装在所述炉体(1)内且所述支撑台(11)设置在所述挡板(1001)的下方，两个所述限位板(1102)关于所述下料管(601)的中心轴线方向对称设置在所述支撑台(11)的顶面上，所述基板(9)设置在两个所述限位板(1102)之间的支撑台(11)的上端面上。
8.根据权利要求7所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：所述支撑台(11)内部设置有通气管(3)，位于两个所述限位板(1102)之间的支撑台(11)的上端面上设置有两个定位孔(1101)，所述通气管(3)的一端与所述导气管Ⅰ(12)的一端相连通，所述通气管(3)的另一端与两个所述定位孔(1101)相连通，所述导气管Ⅰ(12)的另一端与储气罐相连通。
9.根据权利要求8所述的一种气保护钎料铺展试验用装置，其特征在于：两个所述定位孔(1101)关于所述下料管(601)的中心轴线方向对称设置。
10.根据权利要求1~9任意一项所述的一种气保护钎料铺展试验用装置的钎料铺展方法，其特征在于：包括以下步骤：
一、打开加热组件(101)，将加热炉温度升至设定钎料(7)铺展的测试温度，其中感温组件Ⅰ(2)和感温组件Ⅱ(4)显示温度相同；
二、启动电机(13)使挡板(1001)旋转至垂直于下料管(601)的中心轴线方向且挡板(1001)将下料管(601)的底部出口封住，同时打开储气罐的开关，向导气管Ⅰ(12)和导气管Ⅱ(15)内通入氩气，将一定重量的待测钎料(7)放入锥形斗(6)内，同时将基板(9)放入两个所述限位板(1102)之间的支撑台(11)的上端面上，采用两个定位孔(1101)定位，使基板(9)的中心与漏斗位于同一中心轴线上；
三、关闭炉门(16)，透过可视窗(14)观察漏斗内钎料(7)的状态，待钎料(7)完全熔化后，待感温组件Ⅰ(2)和感温组件Ⅱ(4)温度升至设定的测试温度，启动电机(13)使挡板(1001)旋转至至平行于下料管(601)的中心轴线方向，液态钎料(7)落至基板(9)的上表面；
四、待保温时间为30～50s后，打开炉门(16)，待基板(9)表面的液态钎料(7)凝固后，关闭储气罐上的开关，取出基板(9)，即得钎料(7)铺展的试样。
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