CN112338309B - 一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法 - Google Patents

一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工件加工及维修技术领域，公开了一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，包括以下步骤：a.装配待加工或维修的两个工件，使二者的接触面平齐；b.根据两个工件的材质确定补偿块材；c.根据两个工件的尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，并加工得到补偿块；d.在两个工件接头部位分别开设与补偿块尺寸匹配的凹槽；e.在凹槽底部涂注钎料，然后放置补偿块，毛刺定位补偿块，再在凹槽与补偿块的间隙中注入钎料；f.将装配好补偿块的工件置于真空钎焊炉真空钎焊；e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。本发明通过在需要钎焊的两个工件的接头之间设置补偿块，增大了钎焊面积，保证了工件加工及维修后的强度，增加了工件的使用寿命。

Description

一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法
技术领域
本发明涉及精密工件加工技术领域，尤其涉及一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法。
背景技术
真空钎焊是在真空气氛中进行的一种钎焊方法。钎焊时母材不熔化，依靠熔化的钎料与母材发生冶金结合，从而实现母材之间的连接。钎焊接头可分为对接、搭接、角接和T型接头四大类。
在钎焊连接中，由于钎缝的强度低于母材，一般不采用对接接头，但由于结构限制，会遇到大量的钎焊对接接头。基于真空钎焊的机理：依靠毛细作用来实现钎料与母材的连接，毛细作用的强弱与钎焊间隙有着密切关系，钎焊间隙越小，毛细作用越强，钎缝质量越好。
由于母材的对接接头配合间隙难以保证，加之钎缝强度低于母材，对接接头在使用过程中容易失效，尤其是当内部工件的热膨胀系数小于外部工件的热膨胀系数时，钎焊间隙变大，使钎焊接头强度更低。
发明内容
本发明提供了一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，解决真空钎焊过程中，直接钎焊对接接头时焊接部位强度低的问题。
本发明是通过以下方案来实现的：
一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，包括以下步骤：
a.装配待加工或维修的两个工件，使二者的接触面平齐；
b.根据两个工件的材质确定补偿块材质；
c.根据两个工件的尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，加工得到补偿块；
d.在两个工件接头部位加工与补偿块尺寸匹配的凹槽；
e.在凹槽底部涂注钎料，放置补偿块，毛刺定位补偿块，再在凹槽与补偿块的间隙中注入钎料；
f.将装配好补偿块的工件置于真空钎焊炉中，在压力为0.01-0.05Pa，温度为1000-1100℃的条件下，真空钎焊20-40min，温度降低至50-70℃后出炉；
e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。
进一步地，所述步骤a中，两个工件接触面对齐时，错位距离误差在0.05mm以内。
进一步地，所述步骤b中：
所述两个工件材质相同时，补偿块采用与工件相同的材质；
所述两个工件材质不同时，根据两个工件的热膨胀系数的差值确定补偿块的材质。
进一步地，所述两个工件膨胀系数的差值大于5×10-6/℃，补偿块采用膨胀系数在两个工件之间的材质；
所述两个工件热膨胀系数的差值小于等于5×10-6/℃，补偿块采用热膨胀系数大的工件相同的材质。
进一步地，所述步骤c中，两个工件的厚度相同时，所述补偿块的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)A；所述补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)A；其中，A为两个工件的厚度；
两个工件的厚度不同时，所述补偿块的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)D；所述补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)D；其中，D为较薄工件的厚度。
进一步地，所述步骤e中，钎料采用高温镍基钎料。
进一步地，所述步骤f中，真空钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.01-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-40min；
冷却降温：随炉真空冷却至600-700℃，向炉内填充高纯气体，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-70℃出炉。
进一步地，精车加工后，在2-10MPa的水压下测试20-50min，保证钎缝不泄露，工件不变形。
本发明具有以下优点：
1).真空钎焊时在两个工件的接头之间设置了与工件材料、钎料匹配的补偿块，将真空钎焊两个工件接头的方式改变为了钎焊两个工件的接头部位与补偿块的方式，增大了钎焊面积；
2).补偿块的设置增加了钎缝部位的强度，保证了工件加工及维修后的强度，增加了工件的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图
图2为本发明的原理示意图；
图3为实施例2加工冷却水腔装配示意图；
图4为实施例3维修点火装置的结构示意图
图中：1-工件一，2-工件二，3-补偿块，11-第一工件，12-第二工件，13-补偿块，14-补偿块，21-第三工件，22-第四工件，23-补偿块环。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
实施例1
一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，如图1所示，包括以下步骤：
a.装配待加工或维修的两个工件，使二者的接触面平齐；保证错位距离误差在0.05mm以内；
b.根据两个工件的材质确定补偿块材质；
两个工件材质相同时，补偿块采用与工件相同的材质；
两个工件材质不同时，根据两个工件的热膨胀系数的差值确定补偿块的材质：两个工件膨胀系数的差值大于5×10-6/℃，补偿块采用膨胀系数在两个工件之间的材质；两个工件热膨胀系数的差值小于等于5×10-6/℃，补偿块采用热膨胀系数大的工件相同的材质；补偿块选材过程中，还需要考虑材料的塑性，选择塑性较好的材质，以增强工件与补偿块之间的强度。
c.根据两个工件的尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，加工出补偿块；
如图2所示，两个工件的厚度相同时，补偿块3的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)A；补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)A；其中，A为工件一1、工件二2的厚度；
两个工件的厚度不同时，补偿块的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)D；补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)D；其中，D为较薄工件的厚度；
d.在两个工件接头部位加工与补偿块尺寸匹配的凹槽；
e.在凹槽底部涂注高温镍基钎料，装配补偿块，毛刺定位补偿块，再在凹槽与补偿块的间隙中注入钎料；
f.将装配好补偿块的工件置于真空钎焊炉中，真空钎焊程序为：
抽真空：冷态真空度0.01-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-40min；
冷却降温：随炉真空冷却至600-700℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-70℃出炉；
e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。
精车加工后，在2-10MPa的水压下测试20-50min，保证钎缝不泄露，工件不变形。
本实施例通过在需要真空钎焊的两个工件的接头之间设置补偿块，将真空焊接两个工件接头的方式改变为了焊接两个工件的接头部位与补偿块的方式，增大了钎焊面积；保证了工件加工及维修后的强度，增加了工件的使用寿命。
实施例2
在加工如图3所示的冷却水腔时，由于第一工件11为不锈钢材质，第二工件12为高强铜合金，二者之间存在两个接头，且两个接头均为对接接头，因此，通过在接头部位分别增加补偿块13、补偿块14将两个工件接头部位真空焊接；具体的步骤如下：
a.装配第一工件11和第二工件12，使用螺栓及毛刺定位，使二者的接触面平齐；保证错位距离误差在0.05mm以内；
b.根据两个工件的材质确定补偿块材质；
由于第一工件11和第二工件12的材质不同，且两个工件热膨胀系数的差值小于等于5×10-6/℃，因此，补偿块13、补偿块14均采用热膨胀系数大的高强铜合金材质；
c.根据两个工件的尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，加工出补偿块13、补偿块14；
由于补偿块13部位的两个工件的厚度相同，补偿块13的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)A；补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)A；其中，A为补偿块13部位的第一工件11和第二工件12厚度；
由于补偿块14部位两个工件的厚度不同，补偿块14的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)D；补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)D；其中，D为补偿块14部位第一工件11的厚度；
d.在两个工件的补偿块13的接头部位车加工出与补偿块13尺寸匹配的补偿凹槽，加工时与补偿块13实配；在两个工件补偿块14的接头部位加工出与补偿块14尺寸匹配的凹槽；在凹槽周围加工出钎料槽，便于后期将钎料注入装配间隙；
e.在凹槽底部涂注高温镍基钎料，分别将补偿块13、补偿块14专供诶在对应的凹槽中，沿钎料槽在凹槽与补偿块13、补偿块14的间隙中注入钎料，毛刺定位；
f.将装配好补偿块的工件置于真空钎焊炉中，真空钎焊程序为：
抽真空：冷态真空度0.03Pa，工作真空度0.04Pa；
加热升温：以250℃/h的速率加热到440℃，保温30min；以300℃/h的速率加热到900℃，保温100min；以460℃/h的速率加热到1000℃；
真空钎焊：在1000℃钎焊20min；
冷却降温：随炉真空冷却至600℃，向炉内填充高纯气体，压力达到6×104Pa后启动风扇冷却至70℃出炉；
e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。
精车加工后，在5MPa的水压下测试20min，保证钎缝不泄露，工件不变形。
经过测试，直接焊接后，水冷腔的使用寿命极短；通过设置补偿块钎焊技术，水冷腔的使用寿命达到原来的3倍以上。
实施例3
在维修如图4所示的装置时，第三工件21和第四工件22之间存在真空钎焊环形对接接头，其中第三工件21的材质为不锈钢，第四工件22的材质为强化型高温合金，在接头部位增加补偿环23将两个工件的接头部位焊接；具体的维修步骤如下：
a.装配第三工件21和第四工件22，使二者的接触面平齐；保证错位距离误差在0.05mm以内；
b.根据两个工件的材质确定补偿环23材质；
由于第三工件21和第四工件22的材质不同，且两个工件热膨胀系数的差值小于等于5×10-6/℃，因此，补偿环23采用热膨胀系数大的不锈钢材质；
c.根据两个工件的尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，并采用线切割加工补偿环23；
由于补偿块23部位的两个工件的厚度不同，补偿块23的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)D；补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)D；其中，D为接头部位第四工件22的厚度；
d.在两个工件的接头部位车加工与补偿环23尺寸匹配的凹槽，加工时与补偿环23实配；
e.在凹槽底部涂注高温镍基钎料，装配补偿环23，在凹槽与补偿环23的间隙中注入钎料，毛刺定位；
f.将装配好补偿环23的工件置于真空钎焊炉，真空钎焊程序为：
抽真空：冷态真空度0.04Pa，工作真空度0.05Pa；
加热升温：以190℃/h的速率加热到500℃，保温60min；以350℃/h的速率加热到840℃，保温200min；以390℃/h的速率加热到1020℃；
真空钎焊：在1020℃钎焊35min；
冷却降温：随炉真空冷却至700℃，向炉内填充高纯氮气，压力达到8×104Pa后启动风扇冷却至65℃出炉；
e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。
精车加工后，在8MPa的水压下测试20min，保证钎缝不泄露，工件不变形。
原装置在使用过程中经常会出现接头处钎缝开裂的情况，返修时，打磨干净缺陷处，涂注膏状钎料，置于真空钎焊炉中补钎，出炉后，发现钎料不润湿工件，通过在接头部位设置补偿环，按照上述步骤返修，一次成功，缩短了周期，改善了产品质量。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：
包括以下步骤：
a.装配待加工或维修的两个工件，使二者的接触面平齐；
b.根据两个工件的材质确定补偿块材质；
c.根据两个工件尺寸计算出补偿块的厚度B和长度C，并加工得到补偿块；两个工件的厚度相同时，所述补偿块的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)A；所述补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)A；其中，A为两个工件的厚度；
两个工件的厚度不同时，所述补偿块的厚度B确定为：B＝(0.2～0.4)D；所述补偿块的长度C确定为：C＝(1.2～1.5)D；其中，D为较薄工件的厚度；
d.在两个工件接头部位加工与补偿块尺寸匹配的凹槽；
e.在凹槽底部涂注钎料，然后放置补偿块，毛刺定位补偿块，再在凹槽与补偿块的间隙中注入钎料；
f.将装配好补偿块的工件置于真空钎焊炉中，在压力为0.01-0.05Pa，温度为1000-1100℃的条件下，真空钎焊20-40min，温度降低至50-70℃后出炉；
e.对钎焊后的工件进行精加工，保证达到标准尺寸。
2.根据权利要求1所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤a中，两个工件接触面对齐时，错位距离误差在0.05mm以内。
3.根据权利要求2所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤b中：
所述两个工件材质相同时，补偿块采用与工件相同的材质；
所述两个工件材质不同时，根据两个工件的热膨胀系数的差值确定补偿块的材质。
4.根据权利要求3所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：
所述两个工件膨胀系数的差值大于5×10-6/℃，补偿块采用膨胀系数在两个工件之间的材质；
所述两个工件热膨胀系数的差值小于等于5×10-6/℃，补偿块采用热膨胀系数大的工件相同的材质。
5.根据权利要求1所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤e中，钎料采用高温镍基钎料。
6.根据权利要求1所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：所述步骤f中，真空钎焊的程序为：
抽真空：冷态真空度0.01-0.04Pa，工作真空度0.02-0.05Pa；
加热升温：以150-300℃/h的速率加热到400-500℃，保温30-60min；以250-400℃/h的速率加热到800-950℃，保温90-240min；以350-500℃/h的速率加热到1000-1050℃；
真空钎焊：在1000-1050℃钎焊20-40min；
冷却降温：随炉真空冷却至600-700℃，向炉内填充高纯气体，压力达到(6-10)×104Pa后启动风扇冷却至50-70℃出炉。
7.根据权利要求1所述的基于强度补偿的工件接头真空钎焊方法，其特征在于：精车加工后，在2-10MPa的水压下测试20-50min，保证钎缝不泄露，工件不变形。
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