CN114248069A - 一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺 - Google Patents
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:S1、表面处理:清洗各零部件,打磨焊料;S2、焊料制作:根据零件大小、形状制作焊圈,对于内置焊圈通过激光点焊机进行点焊,内置焊圈可不用点焊;S3、真空钎焊:将装配好的工件放置在真空钎焊炉中,通过控制温升梯度,按照约5℃/min、4℃/min、2‑3℃/min以及1℃/min的升温速度分梯度升温,保持零件、焊料的均温;S4、精密加工;S5、热处理:将工件放置在真空炉中进行低温热处理。本发明的焊接工艺符合钎焊标准、满足焊接接头质量设计要求、方法可行且成品率高,并且能够满足特殊部件的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及钎焊技术领域,具体是涉及一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺。
背景技术
在很多行业,例如医用CT、核磁共振设备上有较多结构采用设计铜与其他薄壁管焊接,起到散热的作用,其钎焊具有一定难度。
可伐、不锈钢与无氧铜是异种材料,其化学成分、物理性能等差异较大,对于真空钎焊,影响较大的是膨胀系数不同,导致钎焊本就存在一定难度。
不同种热容量零部件在真空钎焊过程中吸热不同,若工艺选择不合适,会造成未焊透或者焊料过融化、流动等问题。
发明内容
针对上述背景技术指出的问题,本发明提供了一种符合钎焊标准、满足焊接接头质量设计要求、方法可行且成品率高的不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件和高热容量金属基体的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,以去除表面的油污、氧化以及残留的金属粉末颗粒,用金相砂纸去除银基焊料上的氧化层,然后进行超声清洗;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料,根据零件大小、形状制作焊圈,对于外置焊圈通过激光点焊机进行点焊,对于在高热容量金属基体中预设有内置焊料槽的,焊圈则直接放置,不用点焊;
S3、真空钎焊:
将装配好的工件放置在真空钎焊炉中,通过控制温升梯度,按照5℃/min、4℃/min、2-3℃/min以及1℃/min的升温速度分梯度升温,保持零件、焊料的均温,钎焊最终温度范围为800℃-850℃;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。经过热处理可以除气、除污,保证产品真空环境使用,提高产品合格率。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的薄壁件的材料为可伐合金(如4J29)或者不锈钢。这两者是目前最适合做薄壁管的材料。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的高热容量金属基体的材料为无氧铜(如TU00,TU0等),无氧铜导热性好,可以提高零部件的散热。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的银基焊料为AgCu28系列焊丝。该焊料融化后,流动性较好。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S2中的激光点焊过程中,电流为180V-350VA,脉冲为0.5ms-10ms。将电流个脉冲控制在该参数范围内可以保证点焊的成品率,电流及脉冲过低不能熔化,电流及脉冲过高会过融。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S3的真空钎焊具体为:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件与高热容量基体放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至110-150℃,保温20min,确保工件表面水分脱除,以保证在真空钎焊时降低材料表面含气量;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至600-650℃,保温30min,有效脱除高热容量金属基体中的气体,以保证在真空钎焊时降低材料表面含气量;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以2-3℃/min的升温速度升至770-790℃,保温30min,有效的在焊前确保工件均温,此时不同热容量零件温差为小于10℃,避免高热容量零件热不透,温度达不到要求;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至800-850℃,保温5-10min,银基焊料在此温度区间时均匀融化并流动。
真空钎焊过程中,采用梯度升温的方式,可以保证不同热容量的工件受热均匀,防止薄壁件升温过高,高热容量金属基体的温度反而未升上去、
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的银基焊料的成分及含量为:Cu 25-28wt%、Ni 0.5-1wt%、Ge 0-3wt%、Co 0-5wt%、余量为Ag,银基焊料的直径为0.7-1.5mm。该焊料动性好。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的薄壁件为直径为20-200mm的薄壁管,适用范围广。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中的超声清洗,超声频率为200-500kHz,超声功率为400-2000w,超声频率为200-500kHz,超声清洗的时间为5-30mim。
进一步地,在上述方案中,所述步骤S1中,薄壁件为可伐合金,需采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗之后,进行镀镍,镀镍层厚度为8-12μm。镀镍可防止银基焊料侵蚀可伐合金晶界。
与现有技术相比,本发明的有益效果体现在以下几点:
第一,本发明的钎焊工艺选用的银基丝状焊料焊圈制作操作简单。
第二,本发明的钎焊工艺涵盖不同材质的薄壁管(可伐、不锈钢)与铜合金的焊接。
第三,本发明的钎焊工艺适用于直径20-200mm的薄壁管与铜焊接,根据焊接产品的大小不只需变化最终焊接保温时间即可。
第四,本发明的钎焊工艺焊接焊缝美观,无断点。
附图说明
图1为本发明实施例1的焊接结构示意图;
图2为本发明实施例2的焊接结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件1和高热容量金属基体2的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,以去除表面的油污、氧化以及残留的金属粉末颗粒;用金相砂纸去除银基焊料3上的氧化层,然后进行超声清洗,超声频率为300kHz,超声功率为800w,超声清洗的时间为10mim;
其中,薄壁件1的材料为可伐合金4J29;薄壁件1为直径为50mm的薄壁管;
高热容量金属基体2的材料为无氧铜TU00;
银基焊料3为AgCu28系列焊丝,银基焊料3的成分及含量为:Cu 26wt%、Ni0.8wt%、Ge 1wt%、Co 2wt%,余量为Ag,银基焊料3的直径为1mm;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料3,根据零件大小、形状制作焊圈,如图1所示,对于在高热容量金属基体2中预设有内置焊料槽的,焊圈则直接放置,不用点焊;焊圈直径为27mm;
激光点焊过程中,电流为250VA,脉冲为5ms;
S3、真空钎焊:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件1与高热容量基体2放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至120℃,保温20min;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至620℃,保温30min;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以2℃/min的升温速度升至780℃,保温30min;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至815℃,保温6min,银基焊料3在此温度区间时均匀融化并流动;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。经过热处理可以除气、除污,保证产品真空环境使用,提高产品合格率。
产品性能验证:本实施例的工艺焊接得到的产品可在200-500℃的工作环境中,经过上百个冷热循环,焊缝无泄露情况。
实施例2
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件1和高热容量金属基体2的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,以去除表面的油污、氧化以及残留的金属粉末颗粒;用金相砂纸去除银基焊料3上的氧化层,然后进行超声清洗,超声频率为400kHz,超声功率为1500w,超声清洗的时间为25mim;
其中,薄壁件1的材料为不锈钢;薄壁件1为直径为100mm的薄壁管;
高热容量金属基体2的材料为无氧铜TU0;
银基焊料3为AgCu28系列焊丝,银基焊料3的成分及含量为:Cu 27wt%、Ni0.8wt%、Ge 2wt%、Co 4wt%、余量为Ag;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料3,根据零件大小、形状制作焊圈,如图2所示,对于外置焊圈通过激光点焊机进行点焊;内置焊圈直径0.93mm、外置焊圈直径1.25mm,分别内嵌焊料以及外绕焊料;
激光点焊过程中,电流为310VA,脉冲为8ms;
S3、真空钎焊:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件1与高热容量基体2放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至140℃,保温20min;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至645℃,保温30min;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以3℃/min的升温速度升至786℃,保温30min;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至840℃,保温8min,银基焊料3在此温度区间时均匀融化并流动;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。经过热处理可以除气、除污,保证产品真空环境使用,提高产品合格率。
产品性能验证:本实施例的工艺焊接产品剥离焊缝处,未见宏观缺陷,焊缝剪切试验强度可达550-670MPa,均在不锈钢母材处断裂,焊缝可靠。
实施例3
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件1和高热容量金属基体2的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,以去除表面的油污、氧化以及残留的金属粉末颗粒,对薄壁件1进行镀镍,镀镍层厚度为8μm;用金相砂纸去除银基焊料3上的氧化层,然后进行超声清洗,超声频率为200kHz,超声功率为400w,超声清洗的时间为5mim;
其中,薄壁件1的材料为可伐合金4J29;薄壁件1为直径为20mm的薄壁管;
高热容量金属基体2的材料为无氧铜TU00;
银基焊料3为AgCu28系列焊丝,银基焊料3的成分及含量为:Cu 25wt%、Ni0.5wt%、余量为Ag,银基焊料3的直径为0.75mm;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料3,根据零件大小、形状制作焊圈,如图1所示,对于外置焊圈通过激光点焊机进行点焊;内置焊圈直径0.93mm、外置1.25mm,分别内嵌焊料以及外绕焊料;
激光点焊过程中,电流为180V,脉冲为0.5ms;
S3、真空钎焊:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件1与高热容量基体2放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至110℃,保温20min;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至600℃,保温30min;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以2℃/min的升温速度升至770℃,保温30min;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至800℃,保温5min,银基焊料3在此温度区间时均匀融化并流动;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。经过热处理可以除气、除污,保证产品真空环境使用,提高产品合格率。
产品性能验证:本实施例的工艺焊接得到的产品可在200-480℃的工作环境中,经过上百个冷热循环,焊缝无泄露情况。
实施例4
一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件1和高热容量金属基体2的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,以去除表面的油污、氧化以及残留的金属粉末颗粒,对薄壁件1进行镀镍,镀镍层厚度为12μm;用金相砂纸去除银基焊料3上的氧化层,然后进行超声清洗,超声频率为500kHz,超声功率为2000w,超声清洗的时间为30mim;
其中,薄壁件1的材料为不锈钢;薄壁件1为直径为200mm的薄壁管;
高热容量金属基体2的材料为无氧铜TU0;
银基焊料3为AgCu28系列焊丝,银基焊料3的成分及含量为:Cu 28wt%、Ni 1wt%、Ge 3wt%、Co 5wt%、余量为Ag,银基焊料3的直径为1.5mm;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料3,根据零件大小、形状制作焊圈,如图2所示,对于在高热容量金属基体2中预设有内置焊料槽的,焊圈则直接放置,不用点焊;焊圈直径为27mm;
激光点焊过程中,电流为350VA,脉冲为10ms;
S3、真空钎焊:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件1与高热容量基体2放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至150℃,保温20min;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至650℃,保温30min;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以3℃/min的升温速度升至790℃,保温30min;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至850℃,保温10min,银基焊料3在此温度区间时均匀融化并流动;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。经过热处理可以除气、除污,保证产品真空环境使用,提高产品合格率。
产品性能验证:本实施例的工艺焊接产品剥离焊缝处,未见宏观缺陷,焊缝剪切试验强度可达520-630MPa,均在不锈钢母材处断裂,焊缝可靠。
Claims (10)
1.一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、表面处理:
将薄壁件(1)和高热容量金属基体(2)的焊接部位依次采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗,用金相砂纸去除银基焊料(3)上的氧化层,然后进行超声清洗;
S2、焊料制作:
用处理好的银基焊料(3),根据零件大小、形状制作焊圈,对于外置焊圈通过激光点焊机进行点焊,对于在高热容量金属基体(2)中预设有内置焊料槽的,焊圈则直接放置;
S3、真空钎焊:
将装配好的工件放置在真空钎焊炉中,通过控制温升梯度,按照5℃/min、4℃/min、2-3℃/min以及1℃/min的升温速度分梯度升温,钎焊最终温度范围为800℃-850℃;
S4、精密加工
采用车床、铣床将工件加工至符合要求的图纸的尺寸;
S5、热处理:
加工后清洗零件,再将工件放置真空炉中进行低温除气热处理。
2.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的薄壁件(1)的材料为可伐合金或者不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的高热容量金属基体(2)的材料为无氧铜。
4.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的银基焊料(3)为AgCu28系列焊丝。
5.根据权利要求4所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S2中的激光点焊过程中,电流为180V-350VA,脉冲为0.5ms-10ms。
6.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S3的真空钎焊具体为:
S3-1、工件预热:
将装配好的薄壁件(1)与高热容量基体(2)放置在真空炉中,抽真空至0.01Pa,以5℃/min的升温速度升至110-150℃,保温20min;
S3-2、中温除气:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以4℃/min的升温速度升至600-650℃,保温30min;
S3-3、焊料融化前均温:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以2-3℃/min的升温速度升至770-790℃,保温30min;
S3-4、焊料融化:
将真空炉抽真空至0.001Pa,以1℃/min的升温速度升至800-850℃,保温5-10min,银基焊料(3)在此温度区间时均匀融化并流动。
7.根据权利要求4所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的银基焊料(3)的成分及含量为:Cu 25-28wt%、Ni 0.5-1wt%、Ge 0-3wt%、Co 0-5wt%、余量为Ag,银基焊料(3)的直径为0.7-1.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的薄壁件(1)为直径为20-200mm的薄壁管。
9.根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中的超声清洗,超声频率为200-500kHz,超声功率为400-2000w,超声频率为200-500kHz,超声清洗的时间为5-30mim。
10.根据根据权利要求1所述的一种不同种热容量零部件一次钎焊成型的焊接工艺,其特征在于,所述步骤S1中,薄壁件(1)为可伐合金,需采用金相砂纸打磨、酸洗和清洗之后,进行镀镍,镀镍层厚度为8-12μm。
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