CN110524427B - 一种止焊剂残留物去除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种止焊剂残留物去除装置及方法。该装置包括罐体、喷枪、混合器和压缩气源，所述罐体为空腔结构，用于盛装固液混合的清理介质，所述罐体包括圆柱体和圆锥体部分，所述压缩气源连接所述圆柱体部分的气源输入接口，所述混合器的输入端和输出端分别与所述罐体的圆锥体部分的两个接口连接，使所述混合器与所述罐体之间形成清理介质的循环通道，所述喷枪连接所述圆锥体部分的底部出口，所述罐体内的清理介质经所述混合器混合加速后，在所述压缩气源的推动下通过所述喷枪喷向止焊剂残留部位。

Description

一种止焊剂残留物去除装置及方法

技术领域

本发明涉及超塑成形/扩散连接结构制造技术领域，特别是涉及一种用于去除超塑成形/扩散连接工艺制造结构表面附着的止焊剂残留物的装置和方法。

背景技术

近年来，采用超塑成形/扩散连接组合工艺制造出了钛合金薄壁、空心、轻量化结构，这类结构具有比强度高、重量轻、刚性好、耐腐蚀、抗冲击性能高等优点，在飞行器、航空发动机、超跑汽车等对结构重量敏感的领域正逐步取代传统实体结构，成为这些领域的典型、标志性结构。

薄壁空心轻量化结构常利用钛合金材料具有的扩散连接性能、超塑性变形性能，采用基于超塑成形工艺与扩散连接工艺的组合工艺进行制造。这些结构的毛坯常常为多层板状金属，外层的金属板成形后构成了结构的外部表面，内部金属板则成形为各种形状的加强结构，加强结构形状有H形、W形、X形等，这些加强结构与蒙皮焊接连接在一起，而焊接位置则需由涂覆在内层金属毛坯板上的止焊剂：在涂覆止焊剂的区域，将成形为结构的空腔区，而在没有涂覆止焊剂的位置，相互接触的金属毛坯板将扩散焊接在一起。止焊剂在扩散连接阶段工作，扩散连接过程中，止焊剂处于高温环境中，随着扩散连接过程的进行，止焊剂虽然逐步粉末化、部分止焊剂脱落，但大部分仍具有附着力，在扩散连接工艺结束后，粉末状的止焊剂残留物会附着在结构的内部表面，在常规环境中不会自发从附着的金属板上脱落。

超塑成形/扩散连接空心结构的几何特点为近似封闭结构，零部件局部有1～2个直径5.0～10.0mm的圆孔，起到联通内外大气的作用(也称为均压孔)，因此，空心结构的内部表面难以直接接触；此外，由于止焊剂残留物颗粒直径小，为粉末状并且没有腐蚀性，因此，传统的超塑成形/扩散连接空心结构成形后一般不要求进行止焊剂残留物清理。近年来，清理止焊剂残留物的需求正逐渐变得迫切。首先，随着空心结构功能化的发展趋势，需要在结构内部制备功能化结构，如将内部空间作为气流通道等，这些零部件工作过程中，高速气流需要在空心结构内部流动，随后通过各种小尺寸的孔洞排出到结构外部，以起到防冰、提高气动效率、降噪等作用，如空心结构内部的止焊剂残留物在气流的携带下运动，可能堵塞排气孔，影响结构功能；其次，部分空心结构需要通过熔化焊的方式与其它零件组合，从而形成整体化部件，而止焊剂残留物会影响焊接过程，产生气孔、夹杂等特征，对焊接质量造成不利影响。因此，先进超塑成形/扩散连接空心结构需要清除结构内部表面附着的止焊剂残留物。

目前，已有清理止焊剂残留物的方法主要有机械清理方法和化学清理方法两类。

1)机械清理方法主要是由钳工开展，通过纱布等工具、采用擦洗等方法进行，通过清理工具直接与止焊剂残留物作用，从而清除表面的止焊剂残留物。这种方法简单、有效，但要求具有较大的操作空间，因此，对于空心结构内部表面上附着的止焊剂残留物，受制于结构内部空间具有近似封闭的结构特征，该方法难以适用于超塑成形/扩散连接空心结构内部表面的止焊剂残留物的清理；

2)化学清理方法是基于止焊剂残留物化学成分特点，将结构放置于酸性溶液中，如稀硝酸溶液，可选择同时附加使用超声振动，促进止焊剂残留物的溶解，随后，止焊剂残留物跟随溶液排出空心结构。该方法最大优点是适用于内部结构复杂的空心零件，并经过了大量的工程实践验证，缺陷为，酸性溶液导致环境污染，废液需要专用设备进行处理；清理过程在超声波环境中进行，酸性溶液易挥发，容易对人员安全造成威胁，需要在专用的隔离间中进行；最后，使用酸性溶液清理结构的过程中，氢离子容易进入到材料中，形成富氢层，影响结构性能，特别是疲劳性能。

发明内容

因此，针对现有技术的不足，本发明实施例提供了一种止焊剂残留物去除装置及方法，能够有效去除近似封闭空心结构中内部表面的附着的止焊剂残留物，同时避免化学清理方法中对结构、环境的损害，为超塑成形/扩散连接空心结构深度制造和外场安全使用提供支撑。

第一方面，本发明的实施例提出了一种止焊剂残留物去除装置，该装置包括罐体、喷枪、混合器和压缩气源，所述罐体为空腔结构，用于盛装固液混合的清理介质，所述罐体包括圆柱体和圆锥体部分，所述压缩气源连接所述圆柱体部分的气源输入接口，所述混合器的输入端和输出端分别与所述罐体的圆锥体部分的两个接口连接，使所述混合器与所述罐体之间形成清理介质的循环通道，所述喷枪连接所述圆锥体部分的底部出口，所述罐体内的清理介质经所述混合器混合加速后，在所述压缩气源的推动下通过所述喷枪喷向止焊剂残留部位。

进一步地，在所述罐体的圆锥体部分的侧壁设有1个轴向接口和1个切向接口，所述轴向接口与所述混合器的输入端连接，所述切向接口与所述混合器的输出端连接。

进一步地，所述混合器从输入端到输出输依次包括分离区、加速区和混合区，所述分离区设有粒子分离器，所述加速区设有水泵，清理介质中的一部分溶剂经所述粒子分离器分离进入到水泵中加速，清理介质中的其余部分经外涵道进入所述混合区与加速后的溶剂混合后进入所述罐体内。

进一步地，所述混合器的输入端和输出端均为锥体结构，形成中间粗两端细的橄榄形，所述粒子分离器设在中间粗的区域。

进一步地，所述喷枪包括管状本体和喷枪头部，所述喷枪头部与所述管状本体为可拆卸式连接，所述喷枪头部的底部端面或者侧壁开有喷口。

进一步地，所述喷口的数量为一个或者一个以上的多个，所述喷口的形式为为直口、螺旋口或斜切口。

进一步地，所述喷枪头部可自由旋转。清理介质在流出时，推动枪头旋转，形成圆周运动射流，实现360度清理，并对清理表面形成法向载荷和切向载荷。

进一步地，所述清理介质是一种由液体与固体颗粒组成的混合物，所述液体为水、乙醇、乙醚或甲醇有机溶剂，所述固体颗粒为塑料、陶瓷、玻璃中的一种或多种。

第二方面，提供了一种止焊剂残留物去除方法，采用第一方面的装置，该方法包括：

将固液混合的清理介质按照预定比例放入罐体中，开启混合器将罐体内的清理介质输入到混合器中，清理介质在混合器中充分混合后再输入罐体中；

开启压缩气源，混合后的清理介质在压缩气源的推动作用下经罐体底部出口进入喷枪，所述喷枪将清理介质喷向空心结构内部的止焊剂残留部位，完成止焊剂残留物的清理。

进一步地，所述清理介质的密度为0.1×10³～1×10³kg/m³，所述固体颗粒为球形，固体颗粒的直径在0.01mm～1.00mm之间，所述清理介质中液体和固体颗粒的体积比在0％～50％之间。

综上，本发明提出的一种止焊剂残留物去除装置和方法，设计了罐体、喷枪、混合器和压缩气源，罐体用于装固液混合的清理介质，在混合器与罐体之间形成清理介质的循环通道，罐体内的清理介质经混合器混合后，在压缩气源的推动下高速运动，通过喷枪喷向空心结构内的止焊剂残留部位。清理介质冲击止焊剂残留物，在溶剂和固体颗粒的耦合作用下，止焊剂残留物从附着表面上剥离，溶剂进一步清理表面，最终彻底清理空心结构内的止焊剂残留物。本发明的装置结构设置合理可靠，操作方便，采用基于物理去除残留物的原理，被清理表面不存在局部富氢等被污染的风险，不需要特殊的后续处理工艺，消除了后续热处理工序中对结构的潜在不利影响，此外，采用固液混合的清理介质，清理过程中无环境污染，不需要特殊的人员防护，清理后产生的溶液经简单处理处理后可重复使用，废液处理方便。此外，由于本发明将传统物理去除方法中对止汗剂的连续去除过程离散为大量不连续过程，降低了清理介质的尺寸，克服了传统方法需要较大操作空间的不足。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种止焊剂残留物去除装置的总体结构示意图。

图2是本发明的混合器结构示意图。

图3是本发明喷枪的结构示意图。

图4是超塑成形扩散连接的空心结构外形示意图。

图中：

1-罐体；11-气源输入接口；12-轴向接口；13-切向接口；14-底部出口

2-混合器；21-输入端；22-输出端；23-粒子分离器；24-水泵；25-外涵道；

3-喷枪；31-管状本体；32-喷枪头部；33-喷口；

4-压缩气源。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种止焊剂残留物去除装置，如图1所示，该装置至少包括了罐体1、喷枪3、混合器2和压缩气源4。其中，所述罐体1为空腔结构，用于盛装固液混合的清理介质(图中未示出)，所述罐体1包括圆柱体和圆锥体部分，所述压缩气源4连接所述圆柱体部分的气源输入接口11，所述混合器2的输入端21和输出端22分别与所述罐体1的圆锥体部分的两个接口(轴向接口12和切向接口13)连接，使所述混合器2与所述罐体1之间形成清理介质的循环通道，所述喷枪3连接所述圆锥体部分的底部出口14，所述罐体1内的清理介质经所述混合器2混合加速后，在所述压缩气源4的推动下通过所述喷枪1喷向止焊剂残留部位。

需要说明的是，本发明的装置中采用的清理介质是一种由液体与固体颗粒组成的混合物，该清理介质的密度为0.1×10³～1×10³kg/m³，其中，液体可为水、乙醇、乙醚等溶剂或甲醇有机溶剂，固体颗粒为塑料、陶瓷、玻璃中的一种或多种。固体颗粒形状为球形，直径在0.01mm～1.00mm之间，固体颗粒直径根据被清理对象空间尺寸的特点选择，固体颗粒溶剂体积百分比在0％～50％之间变化，并根据实际情况选择。

采用本发明装置清除止焊剂残留物的方法原理为：由于罐体1和混合器2形成清理介质的循环通道，罐体1中的清理介质经混合器2混合后，再进入罐体中，在压缩气源的推动作用下，止焊剂残留物清理介质高速运动，从喷枪3中喷出，清理介质冲击止焊剂残留物，在溶剂和固体颗粒的耦合作用下，止焊剂残留物从附着表面上剥离，溶剂进一步清理表面，最终彻底清理止焊剂残留物。因此，采用本发明的装置和方法能够有效去除近似封闭空心结构中内部表面的附着的止焊剂残留物，同时避免化学清理方法中对结构、环境的损害，为超塑成形/扩散连接空心结构深度制造和外场安全使用提供支撑。

本发明的方法是基于接触式清除原理，利用清理介质中的大量固体颗粒与止焊剂残留物发生物理作用，作用时，固体颗粒与溶剂形成的混合物通过冲击、挤压、剪切对止汗剂残留物做功，使得止焊剂残留物脱离结构内部表面，同时在固体颗粒与溶剂共同作用下，实现对空心结构内部表面的清理。同时，将传统物理去除方法中对止汗剂的连续去除过程离散为大量不连续过程，降低了清理介质的尺寸，克服了传统方法需要较大操作空间的不足。

具体地，如图1所示，罐体1是由圆柱体和圆锥体组成的具有内部腔室的密封结构，圆锥体位于罐体下侧，在圆锥体部分的侧壁设有1个轴向接口12和1个切向接口13，轴向接口12通过导管与混合器2的输入端21连接，切向接口13通过导管与混合器2的输出端22连接。在圆锥体的顶点有底部出水口14，该出水口14通过导管与喷枪3连接。

作为一种优选实施例，参见图2所示，混合器2从输入端21到输出输22依次包括分离区、加速区和混合区，所述分离区设有粒子分离器23，所述加速区设有水泵24，清理介质中的一部分溶剂经所述粒子分离器23分离进入到水泵24中加速，清理介质中的其余部分经外涵道25进入混合区与加速后的溶剂混合后进入罐体1内。通过粒子分离器23的离心作用力能将固态颗粒物在分离区分离，使一部分液体经由专用管道流入到后续的水泵24中进一步加速，在加速液体的冲击作用，清理介质中的其余固液部分能够更好的混合并加速进入罐体1中。由于罐体1和混合器2形成良好的循环管道，保证了流入喷枪3内的清理介质始终处于良好的混合状态，有利于高效高质地清理空心结构内部止焊剂残留物。

优选地，所述混合器2的输入端21和输出端22均为锥体结构，形成中间粗两端细的橄榄形结构，其中，粒子分离器23设在中间粗的区域，既能满足结构的有效设置，又节省了装置的使用空间。

作为另一种优选实施例，参见图3所示，所述喷枪3包括管状本体31和喷枪头部32，喷枪头部32与管状本体31为可拆卸式连接，喷枪头部32的底部端面或者侧壁开有喷口33。具体工程实践中，喷枪头部32可以设计为多种规格型号以适应不通的空心结构内部的清理，采用可拆卸式连接便于喷枪头部32的更换维护。

所述喷口33的数量为一个或者一个以上的多个，喷口33的形式可以为直口、螺旋口或斜切口，清理介质经不同的喷口33喷出能形成直射、旋转活斜射的射流。喷口33的数量和形式需根据待清理的空腔结构合理设计选用。

作为其他优先实施例，所述喷枪头部32可自由旋转。通过喷枪头部32的自由旋转更能准确对准目标清理位置，对复杂空心结构内部的止焊剂残留物进行有效清理。

第二方面，本发明还提供了一种止焊剂残留物去除方法，采用第一方面所述的装置，该止焊剂残留物去除方法至少以下步骤S110～步骤S120：

步骤S110，将固液混合的清理介质按照预定比例放入罐体1中，开启混合器2将罐体1内的清理介质输入到混合器2中，清理介质在混合器2中充分混合后再输入罐体1中。

步骤S120，开启压缩气源4，混合后的清理介质在压缩气源4的推动作用下经罐体1的底部出口14进入喷枪3，所述喷枪3将清理介质喷向空心结构内部的止焊剂残留部位，完成止焊剂残留物的清理。

在上述方法中，清理介质中的固体颗粒形状为球形，固体颗粒的直径在0.01mm～1.00mm之间，所述清理介质中液体和固体颗粒的体积比在0％～50％之间。

具体以图4所示的空心结构内部止焊剂残留物的去除为例说明：

参见图4，一种超塑成形扩散连接空心结构外形为矩形，最大厚度10mm，壁厚1.5mm，有两条平行加强筋，内部表面附着止焊剂残留物；

采用第一方面提供的一种止焊剂残留物去除装置，外部压缩气源4提供气体压力为1.0MPa，罐体1的最大直径为300mm，高度为400mm；清理介质中的溶剂为去离子水；固体颗粒为球状树脂材料颗粒，直径约为0.15mm；去离子水和树脂球状颗粒的体积比为100:20。喷枪3外形为圆柱体，由30Cr不锈钢制造，外径为5mm，内径为3.5mm，头部有偏心开口，并且喷口可自由旋转；

将水和固体颗粒的清理介质放入罐体1中并密封，开启混合器2并使之工作5分钟，接通外部压缩气源4，将喷枪头部32伸入图4所示空心结构的内部空腔中，喷枪头部32移动速度为100mm/min。喷枪3将清理介质喷向空心结构内部的止焊剂残留部位，完成止焊剂残留物的清理即可获得干净的内部表面

需要说明的是，在对空心结构内部的止焊剂清理完后，还可以通过关闭混合器2，在罐体1中只加入液体溶剂，然后在压缩气源4的推动作用下，液体溶剂经喷枪3喷出，进一步对空心结构内部进行清洗，能够保证清理介质中的颗粒物不会遗留在内部。

综上，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种止焊剂残留物去除装置，其特征在于，包括罐体、喷枪、混合器和压缩气源，所述罐体为空腔结构，用于盛装固液混合的清理介质，所述罐体包括圆柱体和圆锥体部分，所述压缩气源连接所述圆柱体部分的气源输入接口，所述混合器的输入端和输出端分别与所述罐体的圆锥体部分的两个接口连接，使所述混合器与所述罐体之间形成清理介质的循环通道，所述喷枪连接所述圆锥体部分的底部出口，所述罐体内的清理介质经所述混合器混合加速后，在所述压缩气源的推动下通过所述喷枪喷向止焊剂残留部位；所述混合器从输入端到输出输依次包括分离区、加速区和混合区，所述分离区设有粒子分离器，所述加速区设有水泵，清理介质中的一部分溶剂经所述粒子分离器分离进入到水泵中加速，清理介质中的其余部分经外涵道进入所述混合区与加速后的溶剂混合后进入所述罐体内。

2.根据权利要求1所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，在所述罐体的圆锥体部分的侧壁设有1个轴向接口和1个切向接口，所述轴向接口与所述混合器的输入端连接，所述切向接口与所述混合器的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，所述混合器的输入端和输出端均为锥体结构，形成中间粗两端细的橄榄形，所述粒子分离器设在中间粗的区域。

4.根据权利要求1所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，所述喷枪包括管状本体和喷枪头部，所述喷枪头部与所述管状本体为可拆卸式连接，所述喷枪头部的底部端面或者侧壁开有喷口。

5.根据权利要求4所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，所述喷口的数量为一个或者一个以上的多个，所述喷口的形式为直口、螺旋口或斜切口。

6.根据权利要求4所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，所述喷枪头部可自由旋转。

7.根据权利要求1所述的止焊剂残留物去除装置，其特征在于，所述清理介质是一种由液体与固体颗粒组成的混合物，所述液体为水、乙醇、乙醚或甲醇有机溶剂，所述固体颗粒为塑料、陶瓷、玻璃中的一种或多种。

8.一种止焊剂残留物去除方法，其特征在于，采用如权利要求7所述的装置，所述止焊剂残留物去除方法包括：

将固液混合的清理介质按照预定比例放入罐体中，开启混合器将罐体内的清理介质输入到混合器中，清理介质在混合器中充分混合后再输入罐体中；

开启压缩气源，混合后的清理介质在压缩气源的推动作用下经罐体底部出口进入喷枪，所述喷枪将清理介质喷向空心结构内部的止焊剂残留部位，完成止焊剂残留物的清理。

9.根据权利要求8所述的一种止焊剂残留物去除方法，其特征在于，所述清理介质的密度为0.1×10³～1×10³kg/m³，所述固体颗粒为球形，固体颗粒的直径在0.01mm～1.00mm之间，所述清理介质中液体和固体颗粒的体积比在0％～50％之间。

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