CN113084287A - 一种等离子切割电极非真空钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钎焊方法技术领域，具体涉及一种等离子切割电极非真空钎焊方法，包括以下步骤：S101、采用电镀、化学镀或者物理气相沉积在铪丝表面镀覆金属层；S102、在铜基体中心孔内预制焊料片及助焊剂；S103、将表面镀覆金属层的铪丝和铜基体装配在一起，并充入惰性气体进行保护；S104、启动高频设备，对待焊接区域进行加热焊接；S105、焊接完成后，继续充入惰性气体，待降温后取出成品。本发明通过在铪丝表面镀覆铜层，从而将铪丝与铜的焊接转换成铜与铜的焊接，实现了在非真空环境下，采用高频焊接的方法来生产产品，既不影响产品性能，又可降低焊接成本，提高生产效率；同时，在助焊剂及惰性气体氩气双重保护下能够确保焊接质量的稳定可靠性。

Description

一种等离子切割电极非真空钎焊方法

技术领域

本发明属于钎焊方法技术领域，具体涉及一种等离子切割电极非真空钎焊方法。

背景技术

铜是电和热的良导体，与其他材料连接能起到加强散热的作用。铪是一种高熔点难熔的稀有金属,具有良好的导热、导电性能和较低的电子逸出功,被用作等离子切割用电极中的等离子发射体。电极是等离子切割机割炬的主要元件,铪与铜基体连接在一起,充分利用了铪和铜的各自的优点,使电极在最大限度地发射等离子弧的同时，又能将热量尽快地传导出去,提高电极的抗烧损能力，延长电极使用寿命。

传统等离子切割电极中铪丝通常采用过盈配合的机械式镶嵌，这种方式制作的电极使用消耗快，使用寿命不稳定。钎焊方法是将铪与铜基体焊接成一个整体,提高其导热、导电性能,同时可有效防止热胀冷缩产生间隙或氧化膜层,使电极寿命显著延长。由于铪丝本身的活性特点，为避免钎焊过程中铪丝表面的氧化，铪与铜的钎焊通常采用真空钎焊方式进行连接，真空钎焊焊接切割电极是将焊料提前预制在焊接处，再将工件放置在真空钎焊炉内，通过对钎焊炉抽真空，达到一定真空度后进行加热，到达焊接温度，通过焊料的熔化，将铪丝与铜焊接在一起的工艺。

而现有的真空钎焊方法，均存在以下缺点与不足：

(1)需要通过对设备进行抽真空，加热升温，焊接，降温整体一个大循环长达十几个小时，工件才可完成焊接，效率较低。

(2)生产工件需要全部放入真空炉内，进行整体加热升温，对铜基体造成较大程度的软化，导致后续对钎焊件的精细加工速度慢，增加加工成本。

(3)为了降低焊接温度减少铜基体的软化，必须采用低熔点的共晶焊料，含银量高达72％，成本非常高。

(4)由于铪丝的活性特点，必须严格控制真空度，所以对设备的性能要求高，造价昂贵；由于铜在真空及高温环境下会大量挥发聚集，到设备腔体内壁上，对设备的污染比较严重，造成设备的使用维护成本升高。

(5)焊接过程中，如果真空度控制不好，铪丝焊接很容易氧化，导致焊料无法润湿和填充，出现焊接气孔、焊缝组织不致密等缺陷。

(6)焊接过程中，炉内工件数量多，难以保证工件被均匀加热，导致焊接质量不稳定，从而导致切割电极寿命不稳定。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中等离子切割电极存在生产成本高且质量不稳定的问题，提供的一种等离子切割电极非真空钎焊方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种等离子切割电极非真空钎焊方法，包括以下步骤：

S101、铪丝表面镀覆金属层；

S102、在铜基体中心孔内预制焊料片及助焊剂；

S103、将表面镀覆金属层的铪丝和铜基体装配在一起，并充入惰性气体进行保护；

S104、启动高频设备，对待焊接区域进行加热焊接；

S105、焊接完成后，继续充入惰性气体，待降温后取出成品。

优选的，所述S101中采用电镀、化学镀或者物理气相沉积在铪丝表面镀覆金属层。

优选的，所述S101中金属层为铜层、镍层或银层。

优选的，所述S101中金属层为铜层，所述铜层厚度为5-10μm。

优选的，所述S102中焊料片采用银铜焊料，所述银铜焊料中银的含量不低于45％即可。

优选的，所述S103中表面镀覆金属层的铪丝和铜基体放置在焊接治具上，并通过施压治具将表面镀覆金属层的铪丝固定在铜基体的中心孔内。

优选的，所述S103中向表面镀覆金属层的铪丝和铜基体所在的焊接腔体内充入惰性气体，所述焊接腔体底部设置进气口，顶部设置出气口。

优选的，所述惰性气体选用氩气，所述氩气的充入流量为5-15L/min。

优选的，所述S104具体为，启动高频感应焊机，利用高频线圈对待焊接区域进行加热1-5min，待熔化焊料填充铪铜装配间隙，并与金属镀层及铜基体进行溶解与相互扩散，在溶解与扩散过程中，金属镀层完全消耗进焊料层，实现铪丝与铜基体的冶金结合。

采用上述技术方案后，本发明提供的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，具有以下有益效果：

1)本发明通过在铪丝表面镀覆铜层，改变铪丝表面活性状态，从而能够实现在非真空环境下，采用低成本，高效率的高频焊接方法焊接等离子切割电极；

2)本发明采用高频设备对焊接区域进行局部加热焊接，对铜基体的软化作用较小，能够避免对铜基体造成较大程度的软化，从而能够降低后续精加工的时间和成本，保证切割电极的使用寿命；

3)本发明采用银含量不低于45％的银铜焊料即可进行焊接，能够降低焊料成本；

4)本发明只需要在焊接处预制助焊剂，并在惰性气体氩气的保护环境下进行焊接，不涉及设备成本高，设备维护处理等问题；

5)本发明不需要抽真空，不需要对工件进行批量整体加热，高频设备加热速率快，焊接周期短，焊接生产节拍短，便于安排生产；

6)本发明由于铜的抗氧化能力强，通过预制助焊剂及惰性气体氩气的双重保护，避免工件出现氧化，从而避免焊接气孔缺陷产生，保证焊接质量稳定。

附图说明

图1为本发明一种等离子切割电极非真空钎焊方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，包括以下步骤：

S101、采用电镀、化学镀或者物理气相沉积在铪丝表面镀覆金属层，所述金属层为铜层、镍层或银层，优选为铜层，且铜层的厚度控制在5-10μm范围内；

S102、在铜基体中心孔内预制焊料片及助焊剂，所述焊料片采用银铜焊料，所述银铜焊料中银的含量不低于45％即可；

S103、将表面镀覆铜层的铪丝和铜基体放置在与其结构尺寸相匹配的焊接治具上，并通过施压治具将表面镀覆铜层的铪丝固定在铜基体的中心孔内，然后向表面镀覆铜层的铪丝和铜基体所在的焊接腔体内充入惰性气体，进行保护，所述惰性气体选用氩气，所述氩气的充入流量为5-15L/min，由于氩气比重大于空气，所以在焊接腔体底部设置进气口，顶部设置出气口，氩气由下至上充入，能够循环在整个焊接腔体内，提高保护效果；

S104、启动高频设备，对待焊接区域进行加热焊接，具体为，启动高频感应焊机，利用高频线圈对待焊接区域进行加热1-5min，待熔化焊料填充铪铜装配间隙，并与铜镀层及铜基体进行溶解与相互扩散，在溶解与扩散过程中，铜镀层完全消耗进焊料层，实现铪丝与铜基体的冶金结合；

S105、焊接完成后，继续充入惰性气体，确保工件不会氧化，待降温后取出成品。

综上所述，本发明一种等离子切割电极非真空钎焊方法，通过在铪丝表面镀覆铜层，从而将铪丝与铜的焊接转换成铜与铜的焊接，实现了在非真空环境下，采用高频焊接的方法来生产产品，既不影响产品性能，又可降低焊接成本，提高生产效率；同时，在助焊剂及惰性气体氩气双重保护下能够确保焊接质量的稳定可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、铪丝表面镀覆金属层；

S102、在铜基体中心孔内预制焊料片及助焊剂；

S103、将表面镀覆金属层的铪丝和铜基体装配在一起，并充入惰性气体进行保护；

S104、启动高频设备，对待焊接区域进行加热焊接；

S105、焊接完成后，继续充入惰性气体，待降温后取出成品。

2.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S101中采用电镀、化学镀或者物理气相沉积在铪丝表面镀覆金属层。

3.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S101中金属层为铜层、镍层或银层。

4.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S101中金属层为铜层，所述铜层厚度为5-10μm。

5.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S102中焊料片采用银铜焊料，所述银铜焊料中银的含量不低于45％即可。

6.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S103中表面镀覆金属层的铪丝和铜基体放置在焊接治具上，并通过施压治具将表面镀覆金属层的铪丝固定在铜基体的中心孔内。

7.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S103中向表面镀覆金属层的铪丝和铜基体所在的焊接腔体内充入惰性气体，所述焊接腔体底部设置进气口，顶部设置出气口。

8.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述惰性气体选用氩气，所述氩气的充入流量为5-15L/min。

9.根据权利要求1所述的一种等离子切割电极非真空钎焊方法，其特征在于：所述S104具体为，启动高频感应焊机，利用高频线圈对待焊接区域进行加热1-5min，待熔化焊料填充铪铜装配间隙，并与金属镀层及铜基体进行溶解与相互扩散，在溶解与扩散过程中，金属镀层完全消耗进焊料层，实现铪丝与铜基体的冶金结合。

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