CN111098095A - 单晶炉炉室防窜水塞焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，包括如下依次工艺步骤：对原料不锈钢板激光切割，然后在单晶炉炉室的外层板上加工出用于其与隔水条塞焊的定位孔，将切割成的作为外层板及内层板的不锈钢板卷圆，在单晶炉炉室的内层板的待焊隔水条位置处划线；采用氩弧焊将不锈钢隔水条焊接至内层板的划线处；将外层板放置成定位孔与隔水条对应之后将外层板与隔水条在定位孔处通过塞焊的方式焊接而成双层筒状结构的上炉室或下炉室；焊道表面出现氧化皮，采用不锈钢酸洗法处理，焊道表面去除氧化皮并钝化后，抛光。本发明能保证隔水条对着塞焊孔处，使得塞焊后确保单晶炉炉室不窜水，通过悬吊法确定重心以明确变形的方向，减少仿形工装的使用量。

Description

单晶炉炉室防窜水塞焊工艺

技术领域

本发明涉及单晶炉炉室防窜水塞焊工艺。

背景技术

单晶炉炉体(包括炉底板、主炉室、炉盖、隔离阀室、副炉室、籽晶提升旋转机构和坩埚提升旋转机构)由304L不锈钢制造。主、下炉室为双层筒状结构，两端为法兰结构，通水冷却，并有隔水条保证冷却均匀。主炉室设置了一个测温计窗口，用于测量加热器温度。而如何防止单晶炉其上炉室焊接时产生的变形是本领域亟需解决的一个问题，目前防止或避免焊接变形的方式有：散热法(使受热面积减少而达到减小变形的目的)、反变形法(在焊前进行装配时，预置反方向的变形量为抵消或补偿焊接变形)、刚性固定法(刚性固定法减小变形很有效，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。缺点是有些大件不易固定，且焊后撤除固定后，焊件还有少许变形和较大的残余应力)。目前单晶炉炉室在焊接后容易出现隔水条未处于正确位置而使得窜水，使得产品良率大大下降。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，采用逆向思维反而将焊接变形得以利用，无需在以往加工出上炉室或下炉室时还需后道加工测温计窗口的工序。能保证隔水条对着塞焊孔处，使得塞焊后确保单晶炉炉室不窜水。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，包括如下依次工艺步骤：

S1：对原料不锈钢板激光切割，然后在单晶炉炉室的外层板上加工出用于其与隔水条塞焊的定位孔，将切割成的作为外层板及内层板的不锈钢板卷圆，在单晶炉炉室的内层板的待焊隔水条位置处划线；

S2：采用氩弧焊将不锈钢隔水条焊接至内层板的划线处；

S3：将外层板放置成定位孔与隔水条对应之后将外层板与隔水条在定位孔处通过塞焊的方式焊接而成双层筒状结构的上炉室或下炉室；

S4：焊道表面出现氧化皮，采用不锈钢酸洗法处理，焊道表面去除氧化皮并钝化后，抛光。提前划线配合加工出的塞焊孔能保证隔水条对着塞焊孔处，使得塞焊后确保单晶炉炉室不窜水。

进一步的技术方案是，在S1步骤中，定位孔直径8mm，隔水条宽度也为8mm。

进一步的技术方案是，在S1步骤中，在单晶炉炉室的外层板上钻出定位孔；所述不锈钢板及隔水条的材质均为304L。

进一步的技术方案为，在S2及S3步骤时，采用抵靠用的内仿形工装板，内仿形工装板设置在炉室内壁；在单晶炉炉室上位于测温计窗口的位置处未设置内仿形工装板。采用刚性固定法避免在单晶炉炉室塞焊时的变形，预留一部分用于允许焊接变形以形成前述测温计窗口。主炉室一般会设置一个用于测量加热器温度的测温计窗口，测温计窗口这部分结构在主炉室上是凸起的，利用、引导焊接时的变形以形成这个凸起部分作为主炉室的测温计窗口；采用仿形工装抵靠&夹紧，但在主炉室的测温计窗口位置处不抵靠&夹紧，空出一部分用于形成测温计窗口。采用逆向思维反而将焊接变形得以利用，无需在以往加工出上炉室或下炉室时还需后道加工测温计窗口的工序。外仿形工装板及内仿形工装板其形状可以是一个沿母线方向在圆管表面切去一段的圆管，外仿形工装板与内仿形工装板配合使用时采用夹紧机构，夹紧机构包括两块压板，压板分别与外仿形工装板、内仿形工装板形状适配设置，两块压板上分别设有一个用于将压板滑动设置在螺杆上的通孔，螺杆伸出两块压板的部分上适配设有螺母。

进一步的技术方案为，在S2及S3步骤时，还采用夹紧用的外仿形工装板，外仿形工装板设置在炉室外表面；在单晶炉炉室上位于测温计窗口的位置处未设置外仿形工装板。

进一步的技术方案为，在S3步骤与所述S4步骤之间还设有阶梯振动时效处理工序，阶梯振动时效处理工序共进行两次时效处理；在将炉室壳体转移至振动时效装置时采用吊装方式，每次吊装时在炉室壳体上划线确定重心。阶梯振动时效处理工序共进行两次时效处理，其中第一次时效处理为选择动应力大、频率低的共振频率作为主振频率，第二次则采用比第一次频率高但振幅低的共振频率作为主振频率对工件进行第二次时效处理；时效处理后使用盲孔法或x射线衍射法检测残余应力。采用振动时效处理，当附加交变应力与残余应力叠加，通过材料内摩擦吸收能量，达到或超过材料的某一阀值时，工件发生微观或宏观粘弹塑性力学变化，从而降低和均化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。两次振动时效处理，第一次低频第二次高频，确保出去焊接应力的过程逐步进行，避免出现一次性处理造成的“矫枉过正”的情况，还可以在第一次出现意外时通过第二次调整。

进一步的技术方案为，根据炉室壳体的吊装点所在的重垂线在炉室壳体上标出两点，根据两次吊装确定的炉室壳体外表面上的四点确定整个炉室壳体的重心位置。焊件朝哪一个方向弯曲与焊缝对焊件断面重心的位置有关。通过重心作两条相互垂直的轴线X-X与Y-Y。如果焊缝在X-X轴上面，则焊后向下弯；若在下面，则向上弯。同样，如果焊缝在Y-Y轴左面，则向右弯；在右面，则向左弯。它总是朝焊缝所处位置的相反方向弯曲。若结构上有几条焊缝，则应分别估算出每条焊缝的弯曲方向，综合而求得最后的弯曲方向。

进一步的技术方案为，在S1步骤与所述S2步骤之间还设有提前绘制单晶炉炉室的工序，在每次焊完一道焊缝后，在单晶炉炉室示意图上标出每次焊接的焊缝位置，焊完后再结合重心的位置确定焊接完成后单晶炉炉室的弯曲方向，根据弯曲方向确定内仿形工装板及外仿形工装板的使用量及设置位置。鉴于焊件朝哪一个方向弯曲与焊缝对焊件断面重心的位置有关，通过悬吊法确定重心的方式明确变形的方向，减少仿形工装的使用量(即通过确定变形的方向及变形量确定使用几对半环状仿形工装板而不用使用太多对或使用整体的一个圆柱形仿形工装)，并且可以配合两次阶梯振动时效处理可以在转移至振动时效装置时通过两次吊装划线确定重心，这样可以将确定重心的工序置于转移至振动时效装置这一过程中，提高工作效率、节省工时；还可以在每次焊完一道焊缝后，记录明确几条焊缝，焊完后再结合重心的位置即知道最后的弯曲方向。

本发明的优点和有益效果在于：采用逆向思维反而将焊接变形得以利用，无需在以往加工出上炉室或下炉室时还需后道加工测温计窗口的工序。能保证隔水条对着塞焊孔处，使得塞焊后确保单晶炉炉室不窜水，通过悬吊法确定重心以明确变形的方向，减少仿形工装的使用量，并且可以将确定重心的工序置于转移至振动时效装置这一过程中，提高工作效率；两次振动时效处理，第一次低频第二次高频，确保出去焊接应力的过程逐步进行，避免出现一次性处理造成的“矫枉过正”的情况，还可以在第一次出现意外时通过第二次调整。鉴于焊件朝哪一个方向弯曲与焊缝对焊件断面重心的位置有关，通过悬吊法确定重心的方式明确变形的方向，减少仿形工装的使用量(即通过确定变形的方向及变形量确定使用几对半环状仿形工装板而不用使用太多对或使用整体的一个圆柱形仿形工装)，并且可以配合两次阶梯振动时效处理可以在转移至振动时效装置时通过两次吊装划线确定重心，这样可以将确定重心的工序置于转移至振动时效装置这一过程中，提高工作效率、节省工时；还可以在每次焊完一道焊缝后，记录明确几条焊缝，焊完后再结合重心的位置即知道最后的弯曲方向。

附图说明

图1是本发明一种单晶炉炉室防窜水塞焊工艺实施例一中内层板与外层板的分解示意图；

图2是本发明实施例二的分解示意图；

图3是将本发明吊装至振动时效装置这一过程时的状态示意图；

图4是在图3之后第二次吊装至另一振动时效装置这一过程时的状态示意图。

图中：1、内仿形工装板；2、测温计窗口；3、外仿形工装板；4、压板；5、螺杆；6、螺母；7、炉室壳体；8、外层板；9、隔水条；10、定位孔；11、内层板。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

如图1所示(为便于图示，仅示出一根隔水条和一个定位孔，实际加工中数量远不止一个，图中虚线为内层板11的待焊隔水条9位置处划线)，本发明是单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，包括如下工艺步骤：

S1：对原料不锈钢板激光切割，然后在单晶炉炉室的外层板8上加工出用于其与隔水条9塞焊的定位孔10，将切割成的作为外层板8及内层板11的不锈钢板卷圆，在单晶炉炉室的内层板11的待焊隔水条9位置处划线；

S2：采用氩弧焊将不锈钢隔水条9焊接至内层板11的划线处；

S3：将外层板8放置成定位孔10与隔水条9对应之后将外层板8与隔水条9在定位孔10处通过塞焊的方式焊接而成双层筒状结构的上炉室或下炉室；

S4：焊道表面出现氧化皮，采用不锈钢酸洗法处理，焊道表面去除氧化皮并钝化后，抛光。

在S1步骤中，定位孔10直径8mm，隔水条9宽度也为8mm。在S1步骤中，在单晶炉炉室的外层板8上钻出定位孔10；所述不锈钢板及隔水条9的材质均为304L。

实施例二：

与实施例一的不同在于，如图2至图4所示(为便于图示，图2仅示出一块内仿形工装板1及外仿形工装板3；图3中虚线是经过吊装点的重垂线的竖直截面与炉室壳体表面相交的线，由此线可以确定两个如图所示的点，图3中用两个小圆圈表示；图4也可以是在图3之后为了对炉室壳体第二次进行振动时效而将炉室壳体换向时吊装的状态示意图)，在S2及S3步骤时，采用抵靠用的内仿形工装板1，内仿形工装板1设置在炉室内壁；在单晶炉炉室上位于测温计窗口2的位置处未设置内仿形工装板1。在S2及S3步骤时，还采用夹紧用的外仿形工装板3，外仿形工装板3设置在炉室外表面；在单晶炉炉室上位于测温计窗口2的位置处未设置外仿形工装板3。外仿形工装板3及内仿形工装板1其形状还可以是外仿形工装体及内仿形工装体，即一个沿母线方向在圆管表面切去一段的圆管(但为减少工装板其用量及重量，外仿形工装板3及内仿形工装板1其形状优选为是沿母线方向在圆板表面切去一段的圆板)，外仿形工装板3与内仿形工装板1(包括是外仿形工装体及内仿形工装体配合使用时)配合使用时采用夹紧机构，夹紧机构包括两块压板4，压板4分别与外仿形工装板3、内仿形工装板1形状适配设置，两块压板4上分别设有一个用于将压板4滑动设置在螺杆5上的通孔，螺杆5伸出两块压板4的部分上适配设有螺母6。在S3步骤与所述S4步骤之间还设有阶梯振动时效处理工序，阶梯振动时效处理工序共进行两次时效处理；在将炉室壳体7转移至振动时效装置时采用吊装方式，每次吊装时在炉室壳体7上划线确定重心。根据炉室壳体7的吊装点所在的重垂线在炉室壳体7上标出两点，根据两次吊装确定的炉室壳体7外表面上的四点确定整个炉室壳体7的重心位置。在S1步骤与所述S2步骤之间还设有提前绘制单晶炉炉室的工序，在每次焊完一道焊缝后，在单晶炉炉室示意图上标出每次焊接的焊缝位置，焊完后再结合重心的位置确定焊接完成后单晶炉炉室的弯曲方向，根据弯曲方向确定内仿形工装板1及外仿形工装板3的使用量及设置位置。(为减少工装板其用量及重量，外仿形工装板3及内仿形工装板1其形状还可以是沿母线方向在圆板表面切去一段的圆板)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，包括如下依次工艺步骤：

S1：对原料不锈钢板激光切割，然后在单晶炉炉室的外层板上加工出用于其与隔水条塞焊的定位孔，将切割成的作为外层板及内层板的不锈钢板卷圆，在单晶炉炉室的内层板的待焊隔水条位置处划线；

S2：采用氩弧焊将不锈钢隔水条焊接至内层板的划线处；

S3：将外层板放置成定位孔与隔水条对应之后将外层板与隔水条在定位孔处通过塞焊的方式焊接而成双层筒状结构的上炉室或下炉室；

S4：焊道表面出现氧化皮，采用不锈钢酸洗法处理，焊道表面去除氧化皮并钝化后，抛光。

2.如权利要求1所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S1步骤中，定位孔直径8mm，隔水条宽度也为8mm。

3.如权利要求2所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S1步骤中，在单晶炉炉室的外层板上钻出定位孔；所述不锈钢板及隔水条的材质均为304L。

4.如权利要求3所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S2及S3步骤时，采用抵靠用的内仿形工装板，内仿形工装板设置在炉室内壁。

5.如权利要求4所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S2及S3步骤时，还采用夹紧用的外仿形工装板，外仿形工装板设置在炉室外表面。

6.如权利要求5所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S3步骤与所述S4步骤之间还设有阶梯振动时效处理工序，阶梯振动时效处理工序共进行两次时效处理；在将炉室壳体转移至振动时效装置时采用吊装方式，每次吊装时在炉室壳体上划线确定重心。

7.如权利要求6所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，根据炉室壳体的吊装点所在的重垂线在炉室壳体上标出两点，根据两次吊装确定的炉室壳体外表面上的四点确定整个炉室壳体的重心位置。

8.如权利要求7所述的单晶炉炉室防窜水塞焊工艺，其特征在于，在所述S1步骤与所述S2步骤之间还设有提前绘制单晶炉炉室的工序，在每次焊完一道焊缝后，在单晶炉炉室示意图上标出每次焊接的焊缝位置，焊完后再结合重心的位置确定焊接完成后单晶炉炉室的弯曲方向，根据弯曲方向确定内仿形工装板及外仿形工装板的使用量及设置位置。

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