CN114346345A - 一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺 - Google Patents

一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺，钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，包括底板，底板上设有至少一组铬锆铜热沉放置台，铬锆铜热沉放置台上对应设有钨铜片压紧装置，钨铜片压紧装置包括设置在底板两侧的支撑架，支撑架之间设有压板，多个压紧螺栓螺旋穿过压板指向铬锆铜热沉放置台，压紧螺栓的端部设有钨铜片压块；钎焊工艺包括把钎焊工装放入真空气淬炉内等步骤。本发明结构简单，使用方便，成本低廉，能实现批量化生产、良品率高，能有效满足在真空钎焊时钨铜片与铬锆铜热沉钎焊面结合度以及铬锆铜热沉强度，工装可多次重复使用，具有效率高的优势。

Description

一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺
技术领域
本发明涉及异质材料焊接技术领域，具体涉及一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺。
背景技术
钨铜片是钨合金与无氧铜通过热等静压形成的复合件，具有良好的导热性、导电性、抗热震性和高温强度，已应用于托卡马克核聚变实验装置中的面向等离子体部件中。
钨铜片与铬锆铜热沉（内部有冷却流道）通过真空钎焊实现连接，铬锆铜热沉通过主动冷却的方式带走面钨铜片的热量，从而提高面向等离子体部件的使用寿命。但是由于钎焊面缺陷（气孔、夹渣、钎焊不良等），会造成热传导性能下降，在实验过程中局部位置钨铜片与铬锆铜热沉之间的钎料熔化会使钨铜片脱落；并且铬锆铜在钎焊温度超高550℃左右时会发生软化，而钨铜片与铬锆铜的钎焊温度超过了900℃，其不可避免的带来铬锆铜的软化，从而降低了铬锆铜的性能，难以保障托卡马克核聚变实验装置在运行时的安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能够保证在真空钎焊时钨铜片与铬锆铜热沉钎焊面结合度以及铬锆铜热沉强度的钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装及其钎焊工艺。
一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，包括底板，底板上设有至少一组铬锆铜热沉放置台，铬锆铜热沉放置台上对应设有钨铜片压紧装置，钨铜片压紧装置包括设置在底板两侧的支撑架，支撑架之间设有压板，多个压紧螺栓螺旋穿过压板指向铬锆铜热沉放置台，压紧螺栓的端部设有钨铜片压块。
一种钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊工艺，使用上述钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装进行钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊成型，包括以下步骤：
（1）、将钨铜片和铬锆铜热沉清洗，烘干；
（2）、把铬锆铜热沉放置到钎焊工装内，在铬锆铜热沉上布置钎料；
（3）、安装钨铜片，使用压紧螺栓对钨铜片进行预紧；
（4）、将装配好铬锆铜热沉、钎料及钨铜片的钎焊工装放入真空气淬炉内，并进行调平；
（5）、当真空气淬炉真空度低于5×10-3Pa，以6~12℃/min升温至600℃，保温1h；
（6）、以8~15℃/min升温至850℃，保温3h；
（7）、以8~15℃/min升温至910℃，保温15min；
（8）、冲入氮气，以50~65℃/min冷却至200℃；
（9）、升温至480℃，保温3h；
（10）、随炉冷却至室温出炉；
（11）、取出钎焊工装，将钎焊完成的钨铜片与铬锆铜热沉进行检测。
本发明所述的钎焊工装结构简单，使用方便，成本低廉，能实现批量化生产、良品率高，能有效满足在真空钎焊时钨铜片与铬锆铜热沉钎焊面结合度以及铬锆铜热沉强度，工装可多次重复使用，具有效率高的优势。
采用本发明所述的钎焊工艺，可以严格控制钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊效果，满足了托卡马克装置面向等离子体部件实验时高标准严要求的使用条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例中钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见图1，本实施例提供的一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，包括底板1，底板1上设有至少一组铬锆铜热沉放置台2，铬锆铜热沉放置台2上对应设有钨铜片压紧装置3，钨铜片压紧装置3包括设置在底板1两侧的支撑架31，支撑架31之间设有压板32，多个压紧螺栓33螺旋穿过压板32指向铬锆铜热沉放置台2，压紧螺栓33的端部设有钨铜片压块34。
使用时，将铬锆铜热沉4放置在铬锆铜热沉放置台2上（铬锆铜热沉放置台2可设置多组，即可完成多组铬锆铜热沉4的放置），之后在铬锆铜热沉4的钎焊面上布置钎料，在钎料上安装钨铜片5，再把钨铜片压块34放置到钨铜片5上（采用钨铜片压块34对钨铜片5进行施加力，保证了每个钨铜片5都能够被施加预紧力），通过调节压紧螺栓33对钨铜片5预紧，可使用扭矩扳手扳动压紧螺栓33使每个钎焊面受力均匀一致即可。
本实施例中，作为对上述实施例的进一步改进，压板32与钨铜片压块34之间的压紧螺栓33上套设有蝶形垫片35。目的在于，避免由于高温钎焊时钎焊工装变形引起的压紧螺栓33预紧力下降，提高钎焊质量。
本实施例中，作为对上述实施例的进一步改进，支撑架31呈倒山字型结构。目的在于，可以增加压板32的强度，防止在对每个钨铜片5进行预紧时使压板支撑架31发生挠度，造成压紧螺栓33松动，使预紧的钨铜片5预紧力不足。
本实施例中，作为对上述实施例的进一步改进，钨铜片压块34的面积略大于压紧螺栓33的端部面积。目的在于，由于钨铜片5厚度不一致、底板1的平面度差，采用小压块形式，可避免压块过大而造成虚压的情况出现。
一种钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊工艺，使用上述钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装进行钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊成型，包括以下步骤：
（1）、将钨铜片5和铬锆铜热沉4采用超声波清洗干净，放入烘箱内烘干水分；
（2）、使用1200目金相砂纸打磨钎焊面，去除污渍、氧化层等杂质，放入盛有无水酒精的超声波设备中清洗15min；使用无水酒精清洗钎料；放入烘箱内，烘干水分；
（3）、把铬锆铜热沉4放置到钎焊工装内，在铬锆铜热沉4上布置钎料；钎料平整、无褶皱；
（4）、安装钨铜片5，使用压紧螺栓33对钨铜片5进行预紧；
（5）、将装配好铬锆铜热沉4、钎料及钨铜片5的钎焊工装放入真空气淬炉内，并进行调平（调平防止到达钎焊温度时钎料向低处流动，造成钎焊面无钎料）；
（6）、当真空气淬炉真空度低于5×10-3Pa，以6~12℃/min升温至600℃，保温1h，使钎焊件温度均匀；
（7）、以8~15℃/min升温至850℃，保温3h，使钎焊件温度均匀；
（8）、以8~15℃/min升温至910℃，保温15min，对钨铜片与铬锆铜进行钎焊；
（9）、充入氮气，以50~65℃/min冷却至200℃；
（10）、升温至480℃，保温3h，使铬锆铜进行时效处理，减小应力；
（11）、随炉冷却至室温出炉；
（12）、取出钎焊工装，将钎焊完成的钨铜片与铬锆铜热沉进行检测。
步骤（6）-（8）中，由于工装和钎焊件尺寸比较大，在钎焊炉内受热不均匀；为了保证钨铜片和铬锆铜在钎焊温度时零件钎焊面温度均匀，采用分阶段升温和保温的方式，使各个钎焊面都能达到钎焊温度，提高钎焊面质量；
步骤（9）中，由于铬锆铜在钎焊温度超高550℃左右时会发生软化，而钨铜片与铬锆铜的钎焊温度超过了900℃，通过急速冷却的方式，对铬锆铜进行固溶处理，可恢复甚至提高铬锆铜的力学性能。
经检测，钎焊完成的钨铜片与铬锆铜热沉性能为
1、钎焊面平均剪切强度约121MPa，满足设计要求；
2、金相检测，接合面连接良好，未见明显缺陷；
3、采用水浸超声自动化检测设备检测钎焊面，未发现直径超过Φ2mm当量的缺陷；
4、随炉铬锆铜热沉4抗拉强度平均为341.6MPa、屈服强度207.3MPa，铬锆铜热沉4性能得到恢复。
本实施例中的钎焊工装保证钨铜片4与铬锆铜板3之间的预紧力，配合钎焊工艺对铬锆铜板进行强化，故能够有效保证本实施例所述的钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊面质量和铬锆铜热沉的强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，其特征在于：包括底板，底板上设有至少一组铬锆铜热沉放置台，铬锆铜热沉放置台上对应设有钨铜片压紧装置，钨铜片压紧装置包括设置在底板两侧的支撑架，支撑架之间设有压板，多个压紧螺栓螺旋穿过压板指向铬锆铜热沉放置台，压紧螺栓的端部设有钨铜片压块。
2.根据权利要求1所述的一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，其特征在于：所述压板与钨铜片压块之间的压紧螺栓上套设有蝶形垫片。
3.根据权利要求1或2所述的一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，其特征在于：所述支撑架呈倒山字型结构。
4.根据权利要求1或2所述的一种钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装，其特征在于：所述钨铜片压块的面积略大于压紧螺栓的端部面积。
5.一种钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊工艺，使用如权利要求1-4所述钨铜片与铬锆铜热沉的钎焊工装进行钨铜片与铬锆铜热沉钎的钎焊成型，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、将钨铜片和铬锆铜热沉清洗，烘干；
（2）、把铬锆铜热沉放置到钎焊工装内，在铬锆铜热沉上布置钎料；
（3）、安装钨铜片，使用压紧螺栓对钨铜片进行预紧；
（4）、将装配好铬锆铜热沉、钎料及钨铜片的钎焊工装放入真空气淬炉内，并进行调平；
（5）、当真空气淬炉真空度低于5×10-3Pa，以6~12℃/min升温至600℃，保温1h；
（6）、以8~15℃/min升温至850℃，保温3h；
（7）、以8~15℃/min升温至910℃，保温15min；
（8）、冲入氮气，以50~65℃/min冷却至200℃；
（9）、升温至480℃，保温3h；
（10）、随炉冷却至室温出炉；
（11）、取出钎焊工装，将钎焊完成的钨铜片与铬锆铜热沉进行检测。
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