CN116329691A - 一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，包括加热室、待焊工件、电阻加热装置、加热钼带结构和控制柜，其特征在于加热室内上下方分别安装有夹持装置和升降装置从而实现对待焊工件的稳定装夹，电阻加热装置和加热钼带结构二者配合实现对待焊工件的双热源加热真空钎焊。红外测温传感器设置在加热室内部，实现对待焊工件实时温度的监测并反馈至控制柜内系统。本发明效果：在真空或保护气氛条件下通过电阻极速加热与辐射均化加热双热源共同加热待焊工件，实现钎料的快速升温和界面处元素的均匀扩散，提高真空钎焊炉内钎焊的效率和焊缝处力学性能的均一性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，属于真空钎焊设备领域。
背景技术
真空钎焊是在真空中不施加钎剂而进行钎焊的一种方法，其通过将工件和钎料加热，使液相线温度比母材固相线温度低的钎料熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互溶解和扩散而将工件连接起来。待焊工件置于加热室内的工作台上，受控的低电压大电流的交流电通过电极使加热元件产热，利用辐射屏的反射作用集中热量，使加热室温度升高，经自动控温系统控温，使温度达到设定值，在加热室内形成一个均匀的温度环境，并加热焊接元件。真空钎焊技术已广泛应用于航空、航天、冶金和机械等领域。
板翅式换热器的制造涉及成形、装配和钎焊等多个工艺流程，其中钎焊质量决定了板翅式换热器的综合性能。传统的真空钎焊炉结构比较复杂，加热方式多采用加热带结构辐射加热，加热带的分布位置将影响板翅式换热器工件的温度均匀性，且热量在空气中的传导效率低，所以加热过程中经常会出现温度分布不均匀、钎料升温较慢的现象，导致钎焊的效率较低、界面处元素扩散不均匀的缺点，工业生产钛合金板翅式换热器的质量与成本不能得到有效的控制。
针对上述问题，为提高真空钎焊工件的效率和节省工厂生产成本，在原有真空钎焊设备的基础上进行创新设计非常必要。
发明内容
针对现有技术的不足，通过在真空钎焊炉加热室内安装电阻加热装置，为提高真空钎焊过程中的效率提供重要支撑，本发明提供一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，能够智能控制电阻极速生热和辐射均化加热双热源的启动和停止，提高钎料的熔化速度，实现工件之间紧密的连接，有效提高了工件在真空钎焊炉中的钎焊效率，节省工厂的时间的成本。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，其特征在于包括真空钎焊炉、加热室、隔热屏、待焊工件、控制柜和电阻加热装置，所述加热室的内壁上下左右前后六个方向通过螺栓固定连接有加热钼带结构；
所述加热室上部设有夹持装置，加热室下部安装有工作台、升降装置，所述升降装置与夹持装置配合实现稳定夹持待焊工件；
所述控制柜通过信号线连接电阻加热装置、加热钼带结构、升降装置和红外测温传感器，所述电阻加热装置位于工作台和夹持装置内部，加热电阻产生热量传导至工作台和夹持装置的表面，实现待焊工件和钎料的升温；
优选地，红外测温传感器安装在加热室左右两侧内壁加热钼带中间的间隙中，用于实时监测待焊工件表面的温度，传感器采集的数据传输至控制柜中；
优选地，控制柜内系统智能控制电阻加热装置的开关，所述红外测温传感器监测到待焊工件表面温度达到控制柜中所设定温度T0，控制柜智能控制系统自动关闭电阻加热装置；
优选地，真空抽气系统与所述真空钎焊炉的腔体连接；控制柜集成一体化控制整个真空钎焊过程，电阻极速生热与辐射均化加热双热源配合工作，实现对待焊工件高效率的真空钎焊；
优选地，启动真空钎焊炉前，控制柜根据待焊工件的高度调整升降装置，使待焊工件稳定在夹持装置与工作台之间，保证电阻生热的稳定传导；
优选地，电阻加热装置的加热速率可在0℃/min～900℃/min范围内调节；
一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于其特征在于电阻加热装置中4排加热电阻均匀排列在工作台和夹持装置内部，每排加热电阻之间的间距为6～8cm；每排安装有11个加热电阻，同一排两加热电阻之间的间距为4～6cm，加热电阻由支架支撑，通电后，加热电阻产生热量经导热体传导至工作台和夹持装置表面，实现待焊工件的快速升温。
一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于待焊工件可以选用TA1钛合金板翅式换热器、燃油喷嘴和发动机热交换器。
一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备的运行方法，其特征在于采用包括如下步骤：
步骤一：焊前采用金相砂纸打磨试件的待焊表面，随后采用无水乙醇在室温条件下进行浸泡清洗(包括所用钎料)，待工件及钎料烘干后放置于工作台上并装配；
步骤二：关闭真空钎焊炉门，通过控制柜启动升降装置调整工作台至合适高度后，控制柜打开真空抽气系统对真空钎焊炉内进行抽真空至真空度大于P0；
步骤三：控制柜内系统设置一略低于钎料熔点温度为T0和电阻加热速率N0后，启动电阻加热装置和加热钼带结构同时加热待焊工件和钎料，待红外测温传感器监测到待焊工件的温度达到T0时，控制柜内系统根据程序设定自动关闭电阻加热装置后，并使待焊工件在加热室内保温t0时间；
步骤四：控制柜控制设备停止加热并随炉冷却，待工件冷却至室温后将工作台复位从真空钎焊炉取出焊件，关闭真空钎焊炉设备。
本发明具有以下优点：
本发明的一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，使用控制柜集成一体化控制整个真空钎焊过程，智能化程度高，红外测温传感器精准监测待焊工件温度并实时反馈至控制柜系统，电阻极速生热使钎料快速升温，而辐射均化加热使钎料在工件之间熔化并分布均匀，提高真空钎焊炉工作效率和钎焊界面处元素扩散均匀性，焊后接头连接强度高、质量好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的装备，将在下文中参考附图描述示例具体实施方式，其中：
图1为一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备整体结构示意图；
图2为一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备电阻加热装置结构示意图。
图3为本发明实施例中真空钎焊双热源的加热工作原理示意图。
图中：1-真空钎焊炉、2-加热室、3-隔热屏、4-待焊工件、5-控制柜、6-电阻加热装置、7-螺栓、8-加热钼带结构、9-夹持装置、10-工作台、11-升降装置、12-红外测温传感器、13-钎料、14-加热电阻、15-支架、16-导热体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本实例提供了一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法，其特征在于包括真空钎焊炉、加热室，加热室上部安装有待焊工件夹持装置，下部安装有工作台，可以实现待焊工件的装配，加热室内壁设有红外测温传感器，可以实现待焊工件的温度监测，加热室外框架的隔热屏用于加热室内温度的稳定保温，加热室下部安装有工作台和升降装置，通过升降装置调整待焊工件的高度以使其与夹持装置接触，加热电阻产生热量传导至工作台和夹持装置表面对待焊工件进行加热，加热室的内壁上下左右前后六个方向固定连接有加热钼带结构，加热钼带结构通过螺栓孔与螺栓间隙配合安装在加热室内壁，对待焊工件辐射均化加热，真空抽气系统与所述真空钎焊炉的腔体连接，通过抽气使炉内获得真空环境，红外测温传感器、真空抽气系统、电阻加热装置、加热钼带结构装置和升降装置通过信号线与控制柜连接，通过控制柜上的开关或程序控制本设备的正常运行。
具体地，参见图2，所述电阻加热装置由加热电阻、支架与导热体组成，电阻加热装置中4排加热电阻均匀排列在工作台和夹持装置内部，每排加热电阻之间的间距为6～8cm；每排安装有11个加热电阻，同一排两加热电阻之间的间距为4～6cm，加热电阻由支架支撑，所述控制柜通过信号线控制加热电阻的开关，工作时，加热电阻产生热量并在周围传递，通过导热体将热量传导至所工作台和夹持装置表面，继而加热待焊工件与钎料，待红外测温传感器监测到待焊工件温度达到预设温度T0时，控制柜智能控制系统自动关闭电阻加热装置。
具体地，参见图3，所述加热室内电阻加热装置和加热钼带结构在真空钎焊过程中同时启动，加热待焊工件，达到提高待焊工件钎焊效率的目的，所述红外测温传感器实时监测待焊工件的温度并通过信号线传输至控制柜，当达到略低于钎料熔点温度T0后，控制柜内系统自动关闭电阻加热装置，并保温一段时间t0，达到控制钎料均匀熔化分布，提高焊件性能的目的。
应用实例1：选用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎料，对TA1钛合金板翅式换热器进行双热源加热真空钎焊连接。
具体步骤：
1.焊前采用金相砂纸打磨隔板的表面，保证隔板表面的平整度，随后并对翅片结构进行超声清洗。在表面清洗之后，采用无水乙醇进一步清洗材料表面，并烘干处理，保证焊前的材料表面干燥洁净后放置于工作台上并装配；
2.关闭真空钎焊炉门，通过控制柜启动升降装置调整工作台至合适高度，控制柜打开真空抽气系统对真空钎焊炉内进行抽真空至真空度大于8×10-3Pa；
3.控制柜内系统设置一略低于钎料熔点温度为1150℃和电阻加热速率为600℃/min后，启动电阻加热装置和加热钼带结构装置加热工作台及待焊工件，待红外测温传感器监测到待焊工件的温度达到1150℃时，通过控制柜关闭电阻加热装置，并保温20min；
4.控制柜停止加热并随炉冷却，待工件冷却至室温后将工作台复位，从真空钎焊炉取出焊后工件，关闭真空钎焊炉设备。
应用实例2：选用Ti-15Cu-15Ni钎料，对TA1钛合金板翅式换热器进行双热源加热真空钎焊连接。
具体步骤：
5.焊前采用金相砂纸打磨隔板的表面，保证隔板表面的平整度，随后并对翅片结构进行超声清洗。在表面清洗之后，采用无水乙醇进一步清洗材料表面，并烘干处理，保证焊前的材料表面干燥洁净后放置于工作台上并装配；
6.关闭真空钎焊炉门，通过控制柜启动升降装置调整工作台至合适高度，控制柜打开真空抽气系统对真空钎焊炉内进行抽真空至真空度大于8×10-3Pa；
7.控制柜系统设置一略低于钎料熔点温度为940℃和电阻加热速率为500℃/min后，启动电阻加热装置和加热钼带结构装置加热工作台及待焊工件，待红外测温传感器监测到待焊工件的温度达到940℃时，通过控制柜关闭电阻加热装置，并保温15min；
8.控制柜停止加热并随炉冷却，待工件冷却至室温后将工作台复位，从真空钎焊炉取出焊后工件，关闭真空钎焊炉设备。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于包括真空钎焊炉(1)、加热室(2)、隔热屏(3)、待焊工件(4)、控制柜(5)、电阻加热装置(6)，所述加热室的内壁上下左右前后六个方向通过螺栓(7)固定连接有加热钼带结构(8)；
所述加热室上部设有夹持装置(9)，加热室下部安装有工作台(10)、升降装置(11)，所述升降装置与夹持装置配合实现稳定夹持待焊工件；
所述控制柜通过信号线连接电阻加热装置、加热钼带结构、升降装置和红外测温传感器(12)，所述电阻加热装置位于工作台和夹持装置内部，加热电阻产生热量传导至工作台和夹持装置的表面，实现待焊工件和钎料(13)的升温；
所述红外测温传感器安装在加热室左右两侧内壁加热钼带结构中间的间隙中，用于实时监测待焊工件表面的温度，传感器采集的数据传输至控制柜内系统中。
2.根据权利要求1所述的一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于控制柜内系统智能控制电阻加热装置的开关，所述红外测温传感器监测到待焊工件表面温度达到控制柜中所设定温度T0，控制柜控制系统自动关闭电阻加热装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于还包括真空抽气系统，所述真空抽气系统与所述真空钎焊炉(1)的腔体连接；控制柜集成一体化控制整个真空钎焊过程，电阻极速生热与辐射均化加热双热源配合工作，实现对待焊工件高效率的真空钎焊。
4.根据权利要求1所述的一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于启动真空钎焊炉前，控制柜根据待焊工件的高度调整升降装置，使待焊工件稳定在夹持装置与工作台之间，保证电阻生热的稳定传导。
5.根据权利要求1所述的一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于电阻加热装置的加热速率可在0℃/min～900℃/min范围内调节。
6.一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于其特征在于电阻加热装置中4排加热电阻均匀排列在工作台和夹持装置内部，每排加热电阻之间的间距为6～8cm；每排安装有11个加热电阻(14)，同一排两加热电阻之间的间距为4～6cm，加热电阻由支架(15)支撑，通电后，加热电阻产生热量经导热体(16)传导至工作台和夹持装置表面，实现待焊工件的快速升温。
7.一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备，其特征在于待焊工件可以选用TA1钛合金板翅式换热器、燃油喷嘴和发动机热交换器。
8.一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备的运行方法，其特征在于采用包括如下步骤：
步骤一：焊前采用金相砂纸打磨试件的待焊表面，随后采用无水乙醇在室温条件下进行浸泡清洗(包括所用钎料)，待工件及钎料烘干后放置于工作台上并装配；
步骤二：关闭真空钎焊炉门，通过控制柜启动升降装置调整工作台至合适高度后，控制柜打开真空抽气系统对真空钎焊炉内进行抽真空至真空度大于P0；
步骤三：控制柜内系统设置一略低于钎料熔点温度为T0和电阻加热速率N0后，启动电阻加热装置和加热钼带结构同时加热待焊工件和钎料，待红外测温传感器监测到待焊工件的温度达到T0时，控制柜内系统根据程序设定自动关闭电阻加热装置后，并使待焊工件在加热室内保温t0时间；
步骤四：控制柜控制设备停止加热并随炉冷却，待工件冷却至室温后将工作台复位从真空钎焊炉取出焊件，关闭真空钎焊炉设备。
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| CN202310474232.XA Pending CN116329691A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种基于电阻极速生热与辐射均化加热双热源的真空钎焊装备及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116329691A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230339034A1 (en) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | Magna Exteriors, Inc. | Vehicular window assembly process with temperature control of the solder joint that attaches an electrical connector |
-
2023
- 2023-04-27 CN CN202310474232.XA patent/CN116329691A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230339034A1 (en) * | 2022-04-22 | 2023-10-26 | Magna Exteriors, Inc. | Vehicular window assembly process with temperature control of the solder joint that attaches an electrical connector |
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