CN115070150A - 在线三腔真空焊接炉及真空焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线三腔真空焊接炉及真空焊接工艺，该焊接炉炉体内部依次形成有预热腔、焊接腔和冷却腔，预热腔和焊接腔内均分别定位设有独立的甲酸充气装置和氮气充气装置，且三个腔体内均分别定位设有独立的抽真空装置；此外三个腔体内位于传送带下方处均定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的升降机构，加热板或冷却板通过该升降机构靠近或远离位于传送带上承载产品的托盘，实现对产品的加热或冷却；该真空焊接工艺采用真空甲酸‑分腔加热/冷却‑电子束焊接方式，能够通过PLC控制组件对各腔体进行独立控制。该焊接炉和焊接工艺能够实现在线真空焊接，并能够大大提高焊接效率，并解决焊接空洞率高和焊接表面氧化的问题。

Description

在线三腔真空焊接炉及真空焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种焊接炉及焊接工艺，尤其涉及一种在线三腔真空焊接炉及真空焊接工艺。
背景技术
随着科学技术的飞速发展和现代生产的迫切需要，真空热处理技术的应用越来越广泛。真空焊接等热处理技术具有无氧化、无脱碳、有脱脂、能除气、工件表面质量好、变形小、热处理工件综合性能好，以及节能、无污染、无公害、自动程度高、适用范围广等一系列优点，是近年来发展得比较快的热处理新技术之一。
一般传统工艺的热处理场合是在常温，常压大气环境下进行焊接，空洞的产生无法控制，焊接不良率较高，鉴于在少氧或无氧的环境下进行焊接，可以减少焊接过程中空洞率，进而提高焊接的质量，市场上也研发出了一种利用真空环境进行焊接的真空焊接炉。然而对于一些需要高质量的真空焊接产品，在焊接工作过程中，一般整个过程要求能在一个密闭空间内实现产品的焊接。每次焊接工作前，都需要将工作的密闭空间抽成真空，然后从室温加热到可以焊接的温度，进行焊接操控后，再使焊接温度降低回到室温。如在生产过程中需要连续进行多次焊接，而每次都反复需要进行频繁的升温、降温程序和抽真空状态调整，这不仅会造成能量的大量损耗，还会对焊接设备本身会造成温度应力疲劳损伤；再者，由于升温和降温要花费很多时间，因此降低了焊接产品的效率，从而增大了产品的成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种在线三腔真空焊接炉及真空焊接工艺。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种在线三腔真空焊接炉，包括炉体，所述炉体内部按照物料输送方向依次形成有预热腔、焊接腔和冷却腔，相邻两腔体之间设有能够上下定位移动对相邻腔体进行密封隔断的自动隔离板；所述预热腔和焊接腔内均分别定位设有独立的甲酸充气装置和氮气充气装置，且所述预热腔、焊接腔和冷却腔内均分别定位设有独立的抽真空装置；
炉体外部沿输送方向设于预热腔后端处形成有进料端，且炉体外部沿输送方向设于冷却腔前端处形成有出料端，所述进料端、预热腔的内部、焊接腔的内部、冷却腔的内部和出料端均分别设有沿输送方向排布的支承架，且每个支承架上均设有独立的传送带；所述预热腔和焊接腔内位于传送带下方处均定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的加热板，所述冷却腔内位于传送带下方处定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的冷却板，所述加热板和所述冷却板能够靠近或远离位于传送带上承载产品的托盘。
其进一步的技术方案是：
所述预热腔、焊接腔和冷却腔的支承架内沿输送方向均分别定位设有成对设置的带轮传送机构，该两带轮传送机构同步传送；支承架内位于两带轮传送机构之间正对工位处固设有一升降机构，该升降机构的移动端固定连接有一承载板，所述承载板上对应的设置有所述加热板或冷却板；所述升降机构驱动承载板上下移动以使加热板或冷却板贴合或远离位于带轮传送机构上的托盘底部处。
其进一步的技术方案是：
所述预热腔和所述焊接腔内设有阵列式红外加热装置；所述加热板为石墨铝复合加热板，且该石墨铝复合加热板内置接触式热电偶。
其进一步的技术方案是：
所述冷却板为水冷式冷却板，该水冷式冷却板内部开设有供冷却水进出的流通通道，该流通通道的进水口和出水口分别与冷却水循环系统的出液口和进液口连通。
其进一步的技术方案是：
所述甲酸充气系统包括用于盛装甲酸的酸罐，该酸罐通过管道与一泵的进液口连通，该泵的出液口通过管道与预热腔和/或焊接腔的腔体内部连通；且位于腔体内部的管道口处可拆卸设有喷雾口。
其进一步的技术方案是：
所述炉体上还包括有一PLC控制模组，该PLC控制模组包括受控于PLC控制模组且能够分别用于独立控制预热腔的预热腔分控PLC控制模块、独立控制焊接腔的焊接腔分控PLC控制模块、独立控制冷却腔的冷却腔分控PLC控制模块，且每个腔体的分控PLC控制模块与对应腔体内的抽真空装置、氮气充气装置、甲酸充气装置电性连接并独立控制。
本发明还公开了一种使用上述在线三腔真空焊接炉的真空焊接工艺，该真空焊接工艺包括下述步骤：
预热：承载有待处理产品的托盘通过传送机构输送至预热腔内后执行预热程序，先抽真空至不高于5mbar后再迅速向预热腔内充氮气至常压，然后通过加热板将托盘及产品升温至150-200℃后，向预热腔内充甲酸气体至900-950mbar并停留7-10mi n，结束预热程序，承载待处理产品的托盘传送出预热腔；
焊接：承载有待处理产品的托盘自预热腔进入焊接腔并执行焊接程序，先进行第一次抽真空至不高于5mbar后，再通过加热板将托盘及产品升温至260-400℃，进行焊接操作，然后继续对焊接腔内进行第二次抽真空至不高于5mbar并保留20-40s后，向焊接腔内充氮气至常压，结束焊接程序，承载完成焊接产品的托盘传送出焊接腔；
冷却：承载有完成焊接产品的托盘自焊接腔进入冷却腔后执行冷却程序，先对腔体内进行抽真空至不高于5mbar后，再通过冷却机构将托盘内的产品冷却至50-60℃后，通过输送机构将完成冷却的产品和托盘送出冷却腔。
其进一步的技术方案是：
所述焊接步骤中，在进行第一次抽真空和进行升温之间，根据焊接产品的不同还设有向焊接腔内充甲酸气体至900-950mbar的步骤。
其进一步的技术方案是：
所述甲酸为纯度不低于98％的无水甲酸。
其进一步的技术方案是：
所述焊接腔内进行的焊接操作为电子束焊接。
本发明的有益技术效果是：
1、本发明所述设备中将真空焊接炉的炉体内分隔成依次独立设置的预热腔、焊接腔和冷却腔，在各腔体内均独立设置对应的加热板或冷却板，各腔体能够通过PLC控制组件独立控温。
2、本发明所述设备中在预热腔、焊接腔和冷却腔内均定位设有能够沿竖直方向上下定位移动的升降机构，加热板或冷却板位于升降机构的顶部，并通过升降机构的移动使该加热板或冷却板贴合或远离位于带轮传送机构上的托盘底部处，通过控制加热板和冷却板远离或靠近托盘，能够快速的对托盘内的待处理产品进行升温和降温，能够大大降低等待温升或温降的时间，从而提高在线焊接效率；同时还能够避免造成能量的大量损耗，以及避免对焊接设备本身会造成温度应力疲劳损伤。
3、本发明所述设备中在预热腔和焊接腔内通过设置阵列式红外加热装置，能够使预热腔和焊接腔的腔体内温度均匀性达到±1％；并采用可升降的石墨铝复合加热板，利用其总热容小的特点，能够在相同的加热功率下使温度变化迅速，从而快速提高加热的效率，其中其升温速率最高可达200℃/分钟，降温速率最高可达100℃/分钟。
4、本发明所述设备能够和常规流水生产线对接，从而实现在线真空焊接。
5、本发明所述真空焊接工艺方法采用真空甲酸-分腔加热/冷却-电子束焊接方式，能够利用甲酸分解形成的氢气的还原作用来避免焊接材料的表面氧化，且分段变温的工艺能够提高整个工艺流程的效率；整个工艺过程通过PLC控制组件进行控制，智能化和自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是本发明支承架及带轮传送机构的结构示意图；
图4是本发明升降机构的结构示意图；
其中：
100、炉体；101、预热腔；102、焊接腔；103、冷却腔；104、自动隔离板；105、进料端；106、出料端；107、支承架；108、带轮传送机构；109、外部输送机构；110、加热板；111、冷却板；112、升降机构；113、承载板；114、甲酸充气装置；115、氮气充气装置；116、抽真空装置。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本具体实施例详细介绍了一种在线三腔真空焊接炉，该焊接炉包括炉体100，炉体100内部按照物料输送方向依次形成有预热腔101、焊接腔102和冷却腔103，相邻两腔体之间设有能够上下定位移动对相邻腔体进行密封隔断的自动隔离板104；炉体100外部沿输送方向设于预热腔后端处形成有进料端105，且炉体外部沿输送方向设于冷却腔前端处形成有出料端106，其中进料端和出料端处也均设有能够上下定位移动的自动密封门。这样通过自动隔离板和自动密封门能够保证待处理产品进入腔体后处于与外界隔绝，以及与相邻腔体隔离开的状态。
进料端105、预热腔101的内部、焊接腔102的内部、冷却腔103的内部和出料端106均分别设有沿输送方向排布的支承架107，且每个支承架上均设有独立的传送带组件。具体的，预热腔101、焊接腔102和冷却腔103的支承架内沿输送方向均分别定位设有成对设置的带轮传送机构108，该带轮输送结构包括两条沿输送方向间隔平行设置且同步传送的带轮输送线，每条带轮输送线均包括主动轮或主动辊、从动轮或从动辊、以及传动连接于两者之间的传送带，该传送带通常使用传送皮带即可；此外在进料端105和出料端106，均设有通过输送辊和配合输送辊使用的输送带形成的外部输送机构109；上述腔体内的输送机构和腔体外的输送结构均为本领域常规技术方案，本具体实施例中不再赘述。
预热腔101和焊接腔102内位于传送带下方处均定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的加热板110，冷却腔内位于传送带下方处定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的冷却板111，该加热板110和冷却板111能够靠近或远离位于传送带上承载产品的托盘。具体的，支承架107内位于两带轮传送机构108的两带轮输送线之间正对工位处固设有一升降机构112，该升降机构的移动端固定连接有一承载板113，该承载板113上对应的设置有加热板110或冷却板111，升降机构112驱动承载板113上下移动以使加热板110或冷却板112贴合或远离位于带轮传送机构上的托盘底部处，通过加热板或冷却板对托盘继续进行热传递，进而对托盘上的待处理产品进行加热或冷却。
预热腔101和焊接腔102内设有阵列式红外加热装置，其通过PI D控制，能够使腔体内加热温度的均匀性达到±1℃。此外，加热板110为石墨铝复合加热板，使用该材料形成的加热板，较为轻薄且总热容小，能够在相同加热功率下使温度迅速变化，且该材料能最大限度的吸收红外能量，使加热效率提高，其最高升温速率可达到200℃/分钟，且降温速率最高也能达到100℃每分钟。再者，上述的石墨铝复合加热板内置接触式热电偶，其能够保证测温和控温的精度，本具体实施例中能够做到控温精度为±0.5℃。
冷却腔103内设置的冷却板111为水冷式冷却板，该水冷式冷却板内部开设有供冷却水进出的流通通道，该流通通道的进水口和出水口分别与冷却水循环系统的出液口和进液口连通。
预热腔101和焊接腔102内均分别定位设有独立的甲酸充气装置114和氮气充气装置115，且所述预热腔、焊接腔和冷却腔内均分别定位设有独立的抽真空装置116。上述的甲酸充气装置114包括用于盛装甲酸的酸罐，该酸罐通过管道与一泵的进液口连通，该泵的出液口通过管道与预热腔和/或焊接腔的腔体内部连通，上述管道上还定位设有流量计；且位于腔体内部的管道口处可拆卸设有喷雾口；上述氮气充气装置115和抽真空装置116均为本领域常规装置，本具体实施例中不再赘述。
此外，炉体100上还包括有一PLC控制模组，该PLC控制模组包括受控于PLC控制模组且能够分别用于独立控制预热腔101的预热腔分控PLC控制模块、独立控制焊接腔102的焊接腔分控PLC控制模块、独立控制冷却腔103的冷却腔分控PLC控制模块，且每个腔体的分控PLC控制模块与对应腔体内的抽真空装置、氮气充气装置、甲酸充气装置电性连接并独立控制。
本具体实施例还详细公开了一种使用上述在线三腔真空焊接炉的真空焊接工艺，该真空焊接工艺主要包括下述步骤：
预热：承载有待处理产品的托盘通过传送机构输送至预热腔内后执行预热程序，先抽真空至不高于5mbar后再迅速向预热腔内充氮气至常压，然后通过加热板将托盘及产品升温至150-200℃后，向预热腔内充甲酸气体至900-950mbar并停留7-10mi n，结束预热程序，承载待处理产品的托盘传送出预热腔。
焊接：承载有待处理产品的托盘自预热腔进入焊接腔并执行焊接程序，先进行第一次抽真空至不高于5mbar后，再通过加热板将托盘及产品升温至260-400℃，进行电子束焊接操作，然后继续对焊接腔内进行第二次抽真空至不高于5mbar并保留20-40s后，向焊接腔内充氮气至常压，结束焊接程序，承载完成焊接产品的托盘传送出焊接腔；
其中在进行第一次抽真空和进行升温之间，根据焊接产品的不同还设有向焊接腔内充甲酸气体至900-950mbar的步骤。
冷却：承载有完成焊接产品的托盘自焊接腔进入冷却腔后执行冷却程序，先对腔体内进行抽真空至不高于5mbar后，再通过冷却机构将托盘内的产品冷却至50-60℃后，通过输送机构将完成冷却的产品和托盘送出冷却腔。
上述工艺步骤中所使用的甲酸均为为纯度不低于98％的无水甲酸。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在线三腔真空焊接炉，包括炉体，其特征在于：所述炉体内部按照物料输送方向依次形成有预热腔、焊接腔和冷却腔，相邻两腔体之间设有能够上下定位移动对相邻腔体进行密封隔断的自动隔离板；所述预热腔和焊接腔内均分别定位设有独立的甲酸充气装置和氮气充气装置，且所述预热腔、焊接腔和冷却腔内均分别定位设有独立的抽真空装置；
炉体外部沿输送方向设于预热腔后端处形成有进料端，且炉体外部沿输送方向设于冷却腔前端处形成有出料端，所述进料端、预热腔的内部、焊接腔的内部、冷却腔的内部和出料端均分别设有沿输送方向排布的支承架，且每个支承架上均设有独立的传送带；所述预热腔和焊接腔内位于传送带下方处均定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的加热板，所述冷却腔内位于传送带下方处定位设有一能够沿竖直方向上下定位移动的冷却板，所述加热板和所述冷却板能够靠近或远离位于传送带上承载产品的托盘。
2.根据权利要求1所述的在线三腔真空焊接炉，其特征在于：所述预热腔、焊接腔和冷却腔的支承架内沿输送方向均分别定位设有成对设置的带轮传送机构，该两带轮传送机构同步传送；支承架内位于两带轮传送机构之间正对工位处固设有一升降机构，该升降机构的移动端固定连接有一承载板，所述承载板上对应的设置有所述加热板或冷却板；所述升降机构驱动承载板上下移动以使加热板或冷却板贴合或远离位于带轮传送机构上的托盘底部处。
3.根据权利要求2所述的在线三腔真空焊接炉，其特征在于：所述预热腔和所述焊接腔内设有阵列式红外加热装置；所述加热板为石墨铝复合加热板，且该石墨铝复合加热板内置接触式热电偶。
4.根据权利要求2所述的在线三腔真空焊接炉，其特征在于：所述冷却板为水冷式冷却板，该水冷式冷却板内部开设有供冷却水进出的流通通道，该流通通道的进水口和出水口分别与冷却水循环系统的出液口和进液口连通。
5.根据权利要求1所述的在线三腔真空焊接炉，其特征在于：所述甲酸充气系统包括用于盛装甲酸的酸罐，该酸罐通过管道与一泵的进液口连通，该泵的出液口通过管道与预热腔和/或焊接腔的腔体内部连通；且位于腔体内部的管道口处可拆卸设有喷雾口。
6.根据权利要求1所述的在线三腔真空焊接炉，其特征在于：所述炉体上还包括有一PLC控制模组，该PLC控制模组包括受控于PLC控制模组且能够分别用于独立控制预热腔的预热腔分控PLC控制模块、独立控制焊接腔的焊接腔分控PLC控制模块、独立控制冷却腔的冷却腔分控PLC控制模块，且每个腔体的分控PLC控制模块与对应腔体内的抽真空装置、氮气充气装置、甲酸充气装置电性连接并独立控制。
7.一种使用权利要求1至6中任一权利要求所述在线三腔真空焊接炉的真空焊接工艺，其特征在于，包括下述步骤：
预热：承载有待处理产品的托盘通过传送机构输送至预热腔内后执行预热程序，先抽真空至不高于5mbar后再迅速向预热腔内充氮气至常压，然后通过加热板将托盘及产品升温至150-200℃后，向预热腔内充甲酸气体至900-950mbar并停留7-10min，结束预热程序，承载待处理产品的托盘传送出预热腔；
焊接：承载有待处理产品的托盘自预热腔进入焊接腔并执行焊接程序，先进行第一次抽真空至不高于5mbar后，再通过加热板将托盘及产品升温至260-400℃，进行焊接操作，然后继续对焊接腔内进行第二次抽真空至不高于5mbar并保留20-40s后，向焊接腔内充氮气至常压，结束焊接程序，承载完成焊接产品的托盘传送出焊接腔；
冷却：承载有完成焊接产品的托盘自焊接腔进入冷却腔后执行冷却程序，先对腔体内进行抽真空至不高于5mbar后，再通过冷却机构将托盘内的产品冷却至50-60℃后，通过输送机构将完成冷却的产品和托盘送出冷却腔。
8.根据权利要求7所述的真空焊接工艺，其特征在于：所述焊接步骤中，在进行第一次抽真空和进行升温之间，根据焊接产品的不同还设有向焊接腔内充甲酸气体至900-950mbar的步骤。
9.根据权利要求7所述的真空焊接工艺，其特征在于：所述甲酸为纯度不低于98％的无水甲酸。
10.根据权利要求7所述的真空焊接工艺，其特征在于：所述焊接腔内进行的焊接操作为电子束焊接。
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