CN111673220B - 一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,该方法包括以下步骤:一、将钎料安装在管封头上,然后将安装有钎料的管封头插入到钯合金薄壁管中;所述管封头由管封头帽,管封头主体和管封头尾组成;二、将插有管封头的钯合金薄壁管放入到真空钎焊炉内进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管。本发明先将钎料安装在管封头,然后将管封头插入钯合金薄壁管,再进行钎焊处理,待钎料熔化填满装配间隙后,冷却至室温,实现了对钯合金薄壁管的钎焊封口,能批量进行钯合金薄壁管的钎焊封口,提高了钯合金薄壁管钎焊封口的生产效率,本发明采用的管封头结构简单,加工成本低,减少了钎料的用量,降低了成本,得到的钎焊封口端强度高、气密性好。
Description
技术领域
本发明属于薄壁管封口技术领域,具体涉及一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法。
背景技术
高纯氢气纯化分离装置的“心脏”部件为钯合金薄壁扩散管组件,钯合金薄壁扩散管组件由一束一端封口的钯合金薄壁管焊接在法兰上组成,由于钯合金薄壁管的壁厚一般都小于0.1mm,无法采用熔焊法对钯合金薄壁管进行气密性良好的封口。
现有技术中对钯合金薄壁管的封口主要采用高频感应局部加热的方法,先将钎焊丝插入钯合金薄壁管的空腔处,然后加热至钎焊丝熔化充盈空腔,再迅速冷却固化形成焊栓进行封口,在高频感应局部加热中,由于存在气体,钎焊丝在熔化过程中吸气,在凝固过程中放气,因此熔化的钎焊丝在凝固的过程中会产生缩孔,同时空腔内的气体会在焊栓形成过程中在其内部形成细小的微气孔,连通的微气孔会导致纯化装置发生泄漏,纯化性能大大降低。现有技术进行封口时一般使用银钎料,单根堵头的钎料用量为1g~2g,钎料用量较大,此外,现有技术中每次只能对单根钯合金薄壁管进行封口,生产效率低,并且加热、冷却过程控温不精确,使得到的封口钯合金薄壁管的品质各异。
因此,人们迫切需要一种能够批量、高效的将钯合金薄壁管进行高可靠性封口的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法。本发明将钎料环绕安装在管封头上,将管封头插入钯合金薄壁管空腔内,通过精确控温使钎料熔化填隙,最后快速冷却固化完成钎焊封口,减少了钎料的使用量,降低了制造成本,得到的钎焊封口端具有强度高、气密性好的优点。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为:一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、将钎料环绕安装在管封头上,然后将安装有钎料的管封头插入到钯合金薄壁管中;所述管封头由一体成型的管封头帽、管封头主体和管封头尾组成,所述管封头主体为圆柱体结构,所述管封头尾为圆台状结构,所述管封头帽下端面的直径大于所述管封头主体横截面的直径,所述管封头帽下端面的直径大于所述钯合金薄壁管的外径,所述管封头尾上底面的直径小于所述管封头主体横截面的直径;所述钎料环绕安装在所述管封头主体的上端或所述管封头尾的上端;所述钯合金薄壁管的壁厚小于0.1mm;
步骤二、将步骤一中插有管封头的钯合金薄壁管放入到真空钎焊炉内进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管。
本发明先将环绕安装有钎料的管封头插入到钯合金薄壁管中,然后进行钎焊处理,使钎料熔化后填满了管封头与钯合金薄壁管之间的装配间隙,使管封头与钯合金薄壁管发生冶金结合,在冷却固化后形成良好的气密接头,使钯合金薄壁管钎焊封口,实现了一次处理可将多个钯合金薄壁管进行钎焊封口,同时钯合金薄壁管的钎焊封口端具有强度高,气密性好的优点;本发明通过管封头帽使管封头在钯合金薄壁管的一端固定,保证了管封头不会从钯合金薄壁管中滑落,方便纤料的定位和装卡,通过圆柱状的管封头主体使管封头与钯合金薄壁管具有均匀的装配间隙,有利于钎焊处理后钎料均匀的填满,保证了焊缝的均匀可靠,使管封头起到了钎焊封口的作用,从而使钎焊封口端具有强度高,气密性好的优点,通过管封头尾有利于钎料与管封头的组装,防止了钎料从管封头上滑落,保证了钎焊处理过程中钎料顺利流入装配间隙;本发明通过环绕安装纤料和控制钎料安装的位置有利于在钎焊处理后钎料填满装配间隙,当钎料安装在管封头尾上时,多根钯合金薄壁管可以紧密排列进行钎焊处理,避免了焊点之间的相互接触。
上述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头帽下端面的直径比所述管封头主体横截面的直径大0.3mm~1mm;所述管封头尾上底面的直径比所述管封头主体横截面的直径小0.3mm~1mm。本发明通过控制管封头帽、管封头主体和管封头尾的尺寸保证了钎料安装在管封头上后不会发生滑落,保证了管封头不会从钯合金薄壁管中滑落,保证了安装钎料后的管封头顺利插入到钯合金薄壁管的内腔里,防止了在钎焊处理中钎料的位置发生变动导致的钎料不能流入焊接间隙的不足。
上述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头的材质为镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢。本发明通过采用多种材质的管封头能够满足各种工况下的钯合金薄壁管进行钎焊封口,具有适用性高的优点,同时使用的材质均为常用的金属材料,价格便宜,容易加工。
上述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头主体与所述钯合金薄壁管的装配间隙为0.01mm~0.10mm。本发明管封头主体与钯合金薄壁管之间存在装配间隙,在钎焊处理过程中,使钎料靠毛细作用力填满管封头与钯合金薄壁管之间的装配间隙,实现了钯合金薄壁管的钎焊封口,使管封头与钯合金薄壁管之间在钎焊处理后具有最优的致密性和强度,从而使钯合金薄壁管的钎焊封口端具有最优的强度和气密性,同时使管封头与钯合金薄壁管之间易于装配,避免了装配间隙过小导致的不易装配,接触面不均匀,钎料流入困难,在装配间隙内形成夹渣和未焊透,钎焊封口端的强度和气密性下降的不足,避免了装配间隙过大导致的毛细作用力减弱,钎料不能填满装配间隙,钎焊封口端的致密度变差,焊缝强度下降的不足。
上述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述钎料为纯银钎料、银基钎料、铜基钎料或镍基钎料;所述钎料的形态为焊丝、焊膏或箔带。本发明通过采用多种钎料配合不同的管封头的材质,使不同材质的管封头都能够使用相应的钎料进行焊接,使钯合金薄壁管和管封头之间焊接稳定;本发明通过采用多种形态的钎料满足各种材质的钎料均能环绕安装在管封头上,避免了钎料从管封头上脱落,本发明管封头主体与钯合金薄壁管之间的装配间隙很小,只需少量的钎料就可以填满,避免了钎料用量大,多余的钎料不能发挥作用,造成浪费的不足,避免了钎料用量小,装配间隙不能填满,造成的不能充分焊接的不足。
上述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤二中所述钎焊处理的过程为:在真空度不大于1×103Pa的条件下,将插有管封头的钯合金薄壁管以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至所述钎料的熔点以下50℃~60℃后保温10min~30min,然后以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至所述钎料的熔点以上20℃~50℃后保温3min~5min,再以不小于20℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管。本发明中钎焊处理分为两步加热保温和降温处理,通过第一步加热保温,使钎料中的可挥发物在钎料熔化前挥发干净,提高了钎焊封口端的质量,避免了焊缝产生缺陷,通过第二步加热保温,使钎料的温度高于钎料的液相线温度,从而使钎料完全融化后通过毛细作用力填满管封头与钯合金薄壁管的装配间隙,促使钎料与管封头和钯合金薄壁管之间相互扩散,并形成牢固的结合,保证了钯合金薄壁管的钎焊封口端具有强度高,气密性好的优点,避免了加热温度和保温时间过低导致的受热不均,挥发物不能完全排干净,钎料不能完全融化,不能完全填满装配间隙的不足,避免了加热温度和保温时间过高导致的能耗大,生产效率低和发生熔蚀等缺陷的不足;本发明通过控制升温速率,使插入管封头的钯合金薄壁管受热均匀,使钎焊处理稳定进行,避免了升温速率过低导致的生产效率低的不足,避免了升温速率过高导致的插入管封头的钯合金薄壁管受热不均的不足;本发明通过控制降温速率,使钎料在结晶时的成核率和成长率增大,形成了细小的晶粒,使焊缝表面不会因为晶粒过大而造成缩孔,有助于减小钯合金薄壁管与钎料的作用时间,减少了钯合金薄壁管的溶蚀,避免了降温速率过小,在钎料结晶时,晶粒的逐渐长大,周围的小晶体与晶核结合时与外围的小晶体作用,使得晶粒在成长中变形,沿着晶界形成位错、空洞等晶粒缺陷从而导致焊缝的强度和气密性降低的不足。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、本发明通过采用环绕安装有钎料的管封头配合钎焊处理,实现了对钯合金薄壁管进行钎焊封口,能够批量进行钯合金薄壁管的钎焊封口加工,提高了钯合金薄壁管钎焊封口的生产效率,同时本发明采用的管封头结构简单,加工成本低,减少了钎料的使用量,降低了钎焊封口的成本。
2、本发明在真空条件下进行钎焊处理,同时无需添加钎剂,降低了气体杂质对钎焊封口端的污染,减少了管封头和钯合金薄壁管钎焊界面的微气孔,提高了钎焊封口端的强度和气密性。
3、本发明的方法工艺简单,操作容易,适宜于大规模推广使用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明采用的管封头的结构示意图。
图2是本发明实施例1管封头、钎料和钯合金薄壁管的装配关系示意图。
图3是本发明实施例2管封头、钎料和钯合金薄壁管的装配关系示意图。
附图标记说明:
1—管封头; 1-1—管封头帽; 1-2—管封头主体;
1-3—管封头尾; 2—钯合金薄壁管; 3—钎料。
具体实施方式
如图1所示,本发明采用的管封头1由一体成型的管封头帽1-1、管封头主体1-2和管封头尾1-3组成,管封头主体1-2为圆柱体结构,管封头尾1-3为圆台状结构,管封头帽1-1下端面的直径大于管封头主体1-2横截面的直径,管封头帽1-1下端面的直径大于钯合金薄壁管2的外径,管封头尾1-3上底面的直径小于管封头主体1-2横截面的直径。
本发明通过实施例1~实施例5进行详细说明。
实施例1
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将钎料3环绕安装在管封头主体1-2的上端,然后将管封头1插入到钯合金薄壁管2中,见图2;所述管封头帽1-1下端面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径大1mm;所述管封头尾1-3上底面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径小0.3mm;所述钯合金薄壁管2为Φ2mm×0.08mm(外径×壁厚)的钯钇合金薄壁管;所述的钎料3为质量0.2g的AgCu28焊丝;所述管封头1的材质为N6级纯镍;所述管封头1与钯合金薄壁管2的装配间隙为0.02mm;
步骤二、将步骤一中插入管封头1的钯合金薄壁管2以插入管封头1一端为上端竖直放入到真空钎焊炉内,进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2;所述钎焊处理的过程为:在真空度为0.9×10-3Pa的条件下,将插入管封头1后的钯合金薄壁管2以10℃/min的升温速率加热至720℃后保温20min,然后以10℃/min的升温速率加热至800℃后保温5min,再以30℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2。
图2是本实施例管封头、钎料和钯合金薄壁管的装配关系示意图,从图2中可以看出,管封头1的管封头主体1-2的上端环绕安装有钎料3,安装有钎料3的管封头1插入在钯合金薄壁管2中。
实施例2
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将钎料3环绕安装在管封头尾1-3的上端,然后将管封头1插入到钯合金薄壁管2中,见图3;所述管封头帽1-1下端面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径大1mm;所述管封头尾1-3上底面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径小0.3mm;所述钯合金薄壁管2为Φ2mm×0.08mm(外径×壁厚)的钯银合金薄壁管;所述的钎料3为质量0.2g的Ag箔带;所述管封头1的材质为蒙乃尔400合金;所述管封头1与钯合金薄壁管2的装配间隙为0.01mm;
步骤二、将步骤一中插入管封头1的钯合金薄壁管2以插入管封头1一端为下端竖直放入到真空钎焊炉内,进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2;所述钎焊处理的过程为:在真空度为0.9×10-3Pa的条件下,将插入管封头1后的钯合金薄壁管2以5℃/min的升温速率加热至910℃后保温10min,然后以5℃/min的升温速率加热至990℃后保温5min,再以30℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2。
图3是本实施例管封头、钎料和钯合金薄壁管的装配关系示意图,从图3中可以看出,管封头1的管封头尾1-3的上端环绕安装有钎料3,安装有钎料3的管封头1插入在钯合金薄壁管2中。
实施例3
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将钎料3环绕安装在管封头主体1-2的上端,然后将管封头1插入到钯合金薄壁管2中;所述管封头帽1-1下端面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径大0.3mm;所述管封头尾1-3上底面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径小1mm;所述钯合金薄壁管2为Φ2mm×0.08mm(外径×壁厚)的钯铜合金薄壁管;所述的钎料3为质量0.3g的BCu62ZnNiMnSi-R焊膏;所述管封头1的材质为CuNi30合金;所述管封头1与钯合金薄壁管2的装配间隙为0.02mm;
步骤二、将步骤一中插入管封头1的钯合金薄壁管2以插入管封头1一端为上端竖直放入到真空钎焊炉内,进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2;所述钎焊处理的过程为:在真空度为0.9×10-3Pa的条件下,将插入管封头1后的钯合金薄壁管2以10℃/min的升温速率加热至825℃后保温30min,然后以10℃/min的升温速率加热至895℃后保温3min,再以30℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2。
实施例4
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将钎料3环绕安装在管封头主体1-2的上端,然后将管封头1插入到钯合金薄壁管2中;所述管封头帽1-1下端面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径大0.7mm;所述管封头尾1-3上底面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径小0.5mm;所述钯合金薄壁管2为Φ2mm×0.08mm(外径×壁厚)的钯银合金薄壁管;所述的钎料3为质量0.25g的BNi89P焊膏;所述管封头1的材质为N6级纯铜;所述管封头1与钯合金薄壁管2的装配间隙为0.02mm;
步骤二、将步骤一中插入管封头1的钯合金薄壁管2以插入管封头1一端为上端竖直放入到真空钎焊炉内,进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2;所述钎焊处理的过程为:在真空度为0.9×10-3Pa的条件下,将插入管封头1后的钯合金薄壁管2以10℃/min的升温速率加热至840℃后保温15min,然后以10℃/min的升温速率加热至900℃后保温4min,再以30℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2。
实施例5
本实施例包括以下步骤:
步骤一、将钎料3环绕安装在管封头主体1-2的上端,然后将管封头1插入到钯合金薄壁管2中;所述管封头帽1-1下端面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径大1mm;所述管封头尾1-3上底面的直径比所述管封头主体1-2横截面的直径小0.7mm;所述钯合金薄壁管2为Φ2mm×0.08mm(外径×壁厚)的钯钇合金薄壁管;所述的钎料3为质量0.2g的BAg72CuLi焊丝;所述管封头1的材质为316L不锈钢;所述管封头1与钯合金薄壁管2的装配间隙为0.10mm;
步骤二、将步骤一中插入管封头1的钯合金薄壁管2以插入管封头1一端为上端竖直放入到真空钎焊炉内,进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2;所述钎焊处理的过程为:在真空度为0.9×10-3Pa的条件下,将插入管封头1后的钯合金薄壁管2以7℃/min的升温速率加热至720℃后保温20min,然后以7℃/min的升温速率加热至830℃后保温5min,再以30℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管2。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、将钎料(3)环绕安装在管封头(1)上,然后将安装有钎料(3)的管封头(1)插入到钯合金薄壁管(2)中;所述管封头(1)由一体成型的管封头帽(1-1)、管封头主体(1-2)和管封头尾(1-3)组成,所述管封头主体(1-2)为圆柱体结构,所述管封头尾(1-3)为圆台状结构,所述管封头帽(1-1)下端面的直径大于所述管封头主体(1-2)横截面的直径,所述管封头帽(1-1)下端面的直径大于所述钯合金薄壁管(2)的外径,所述管封头尾(1-3)上底面的直径小于所述管封头主体(1-2)横截面的直径;所述钎料(3)环绕安装在所述管封头主体(1-2)的上端或所述管封头尾(1-3)的上端;所述钯合金薄壁管(2)的壁厚小于0.1mm;
步骤二、将步骤一中插有管封头(1)的钯合金薄壁管(2)放入到真空钎焊炉内进行钎焊处理,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管(2)。
2.根据权利要求1所述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头帽(1-1)下端面的直径比所述管封头主体(1-2)横截面的直径大0.3mm~1mm;所述管封头尾(1-3)上底面的直径比所述管封头主体(1-2)横截面的直径小0.3mm~1mm。
3.根据权利要求1所述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头(1)的材质为镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢。
4.根据权利要求1所述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述管封头主体(1-2)与所述钯合金薄壁管(2)的装配间隙为0.01mm~0.10mm。
5.根据权利要求1所述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤一中所述钎料(3)为纯银钎料、银基钎料、铜基钎料或镍基钎料;所述钎料(3)的形态为焊丝、焊膏或箔带。
6.根据权利要求1所述一种钯合金薄壁管钎焊封口的方法,其特征在于,步骤二中所述钎焊处理的过程为:在真空度不大于1×10-3Pa的条件下,将插有管封头(1)的钯合金薄壁管(2)以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至所述钎料(3)的熔点以下50℃~60℃后保温10min~30min,然后以5℃/min~10℃/min的升温速率加热至所述钎料(3)的熔点以上20℃~50℃后保温3min~5min,再以不小于20℃/min的降温速率降至室温,得到具有钎焊封口的钯合金薄壁管(2)。
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