CN216540840U - 一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，包括电源控制装置、水冷装置、放电等离子烧结炉、实验数据记录仪及程序设置仪，所述电源控制装置与放电等离子烧结炉及水冷装置电路连接，所述水冷装置与放电等离子烧结炉管路连接，所述实验数据记录仪及程序设置仪分别与放电等离子烧结炉电信号连接。本实用新型的有益效果在于：该系统可以在低温快速的情况下实现金属材料的可靠连接解决传统焊接方式连接金属材料容易产生不利的析出相和组织粗大的缺点，旨在获得良好性能的焊接接头。
Description
技术领域
本实用新型属于金属材料的连接技术领域，具体涉及一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统。
背景技术
在人们日常生活中焊接是必不可少的，尤其是金属的焊接过程中由于过高的焊接温度，获得的接头存在不利的析出相和组织粗大，严重影响了工业的发展。为促进金属连接领域的发展，本申请提出采用放电等离子烧结技术进行金属的低温可靠焊接作业。该技术在加压粉末体之间通入脉冲电流，利用脉冲电流瞬间放电产生的等离子体对粉末加热，通过热效应、场效应在低温下进行短时间烧结。
实用新型内容
为实现金属材料的低温可靠焊接，本实用新型提出一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统
为达到上述目的，提出以下技术方案：
一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，包括电源控制装置、水冷装置、放电等离子烧结炉、实验数据记录仪及程序设置仪，所述电源控制装置与放电等离子烧结炉及水冷装置电路连接，所述水冷装置与放电等离子烧结炉管路连接，所述实验数据记录仪及程序设置仪分别与放电等离子烧结炉电信号连接。
进一步的，所述放电等离子烧结炉包括放电等离子烧结炉本体、炉体支撑装置及电极组件，所述电极组件设有两个，且设置在放电等离子烧结炉内部上、下相对位置处。
进一步的，所述电极组件包括电极固定装置、电极、石墨垫片及石墨磨具，所述电极固定装置设置在放电等离子烧结炉内壁上，所述电极设置在电极固定装置上，所述石墨垫片设置在电极上，所述石墨磨具设置在石墨垫片上。
进一步的，所述放电等离子烧结炉侧壁上设有红外检测通道，所述放电等离子烧结炉外侧在与红外检测通道对应位置处设有红外测温仪，所述石墨磨具上在与红外检测通道对应位置处设有测温孔；
进一步的，所述放电等离子烧结炉内壁上设有热电偶测温仪。
进一步的，所述水冷系统包括水箱、水泵、蒸发器、压缩机、冷凝器、过滤装置、膨胀阀及循环管路，所述蒸发器、压缩机、冷凝器、过滤装置、膨胀阀依次设置在循环管路上，所述水箱出口与水泵入口通过管路相连，所述水泵出口与蒸发器入口通过管路相连。
进一步的，所述蒸发器与压缩机之间设有第一压力控制器，所述冷凝器与过滤装置之间设有第二压力控制器。
本实用新型的有益效果在于：该系统可以在低温快速的情况下实现金属材料的可靠连接解决传统焊接方式连接金属材料容易产生不利的析出相和组织粗大的缺点，旨在获得良好性能的焊接接头。
附图说明
图1是放电等离子烧结系统结构图；
图2是放电等离子烧结系统水冷系统装置图；
图中：1、电源控制装置；2、水冷装置；3、实验数据记录仪；4、程序设置仪；5、放电等离子烧结炉；6、炉体支撑装置；7、红外测温仪；8、红外检测通道；9、热电偶测温仪；10、测温孔；11、电极固定装置；12、电极；13、石墨垫片；14、样品；15、石墨磨具；17、水箱；18、水泵；19、蒸发器；20、第一压力控制器；21、压缩机；22、冷凝器；23、冷却水进口；24、冷却水出口；25、第二压力控制器；26、过滤装置；27、膨胀阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步地说明，但本实用新型的保护范围并不仅限于此。
如图1-2所示，一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统包括电源控制装置1、水冷装置2、实验数据记录仪3、程序设置仪4、放电等离子烧结炉5、炉体支撑装置6、红外测温仪7、红外检测通道8、热电偶测温仪9、测温孔10、电极固定装置11、电极12、石墨垫片13、样品14、石墨磨具15、水箱17、水泵18、蒸发器19、第一压力控制器20、压缩机21、冷凝器22、冷却水进口23、冷却水出口24、第二压力控制器25、过滤装置26及膨胀阀27。
电源控制装置1，可以对放电等离子烧结炉和水冷机组进行运行控制；水冷装置2，水冷机组主要是保证焊接作业时电极部件的冷却保护作用；实验记录仪3对实验过程中的电压、电流、位移和温度等参数的记录与检测作用，一经发现数据异常立刻停止焊接作业，程序设定仪4主要是对焊接过程中的程序参数的设定工作，包括焊接升温速率、焊接温率、焊接压力和焊接所需功率的设定以及炉体真空态的保证，壳体5具有一定的保温防护作用，SPS焊接作业过程中温度往往成百上千摄氏度，壳体有利于实验的安全运行，炉子支持转置6主要起到炉体的支撑作用，红外测温仪7对于焊接温度工况高于1000 °C时，一般使用红外测温仪进行温度检测，红外检测通道8，为方便红外测温准确高效的运行，热电偶测温仪9对于焊接温度工况低于1000 °C时，一般使用红外测温仪进行温度检测，测温孔10，方便焊接作业时红外测温和热电偶测温，电极固定螺栓11，起到电极的固定安装作用，电极12，起到导电与诱导等离子体产生的作用，石墨垫片13，起到导电与保护电极的作用，待焊金属材料14，石墨模具15，起到导电与金属材料装配的作用；各个系统的协调合作保证焊接工作的有效运行。
SPS扩散焊接时，系统的冷却是十分重要的，水冷装置是SPS烧结系统中十分重要的，水冷装置工作原理类似蒸汽压缩式制冷，包过水箱17，水泵18将水箱的水输入到蒸发器19，制冷剂转变成低温低压制冷剂蒸汽，流经压缩机21压缩成为高温高压的蒸汽，第一压力控制器20（高压）起到高压蒸汽气压监测，高温高压蒸汽流经冷凝器22，通过外接的水循环冷却水进、出口进行气体冷凝作用，冷凝的气体转变为高温高压液体，流经过滤网去除杂志，期间经过第二压力控制器25（低压）的检测，高温高压液体流经膨胀阀，节流成为低温低压的湿蒸汽，流经蒸发器19，吸收蒸发器中冷却水的热量使得水温下降，蒸发器中冷却水从蒸发器侧部出口通入电极中，对电极进行降温处理；蒸发后制冷剂回到压缩机中，进行下一个制冷循环。水冷装置保证放电等离子烧结系统内各部件的安全运行。
为方便放电等离子烧结炉的使用流程介绍，利用Zr702金属进行焊接作业，并对烧结系统的操作流程进行介绍。
具体包括以下步骤：
1)母材准备
利用直径20 mm高5 mm的Zr702进行SPS扩散焊接，分别用320#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸对待焊表面进行打磨，然后用1 μm的金刚石悬浮抛光液对待焊金属材料的待焊表面进行抛光，并用超声清洗去除表面污渍，用酒精棉轻轻擦拭烘干备用。
2）装配
一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，按照石墨冲头-石墨纸垫片-待焊Zr702母材-待焊Zr702钢母材-石墨纸垫片-石墨冲头的装配次序装配到石墨模具内。
3）放电等离子扩散焊接
将装有待焊件的石墨模具置入放电等离子烧结系统中，将主测温热电偶插入膜腔的热电偶测温孔内，调整焊接压力至30 MPa，打开真空泵使炉内的真空度达到要求，然后通入直流脉冲电流以100 °C/min的升温速率升温900 °C，于900 °C温度下保温10 min，最后随炉冷却，连接过程中全程抽真空，进行SPS扩散焊，最后得到焊接接头。
焊接后获得Zr702接头连接良好，可以实现无缝连接，接头剪切强度良好。
利用放电等离子烧结系统进行金属材料的焊接，可以在低温条件下实现金属材料的可靠连接，同时升温速率高和保温时间短，进一步还可以提高焊接效率。
本说明书所述的内容仅仅是对申请构思实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
Claims (7)
1.一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，包括电源控制装置（1）、水冷装置（2）、放电等离子烧结炉（5）、实验数据记录仪（3）及程序设置仪（4），所述电源控制装置（1）与放电等离子烧结炉（5）及水冷装置（2）电路连接，所述水冷装置（2）与放电等离子烧结炉（5）管路连接，所述实验数据记录仪（3）及程序设置仪（4）分别与放电等离子烧结炉（5）电信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述放电等离子烧结炉（5）包括放电等离子烧结炉本体、炉体支撑装置（6）及电极组件，所述电极组件设有两个，且设置在放电等离子烧结炉（5）内部上、下相对位置处。
3.根据权利要求2所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述电极组件包括电极固定装置（11）、电极（12）、石墨垫片（13）及石墨磨具（15），所述电极固定装置（11）设置在放电等离子烧结炉（5）内壁上，所述电极（12）设置在电极固定装置（11）上，所述石墨垫片（13）设置在电极（12）上，所述石墨磨具（15）设置在石墨垫片（13）上。
4.根据权利要求3所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述放电等离子烧结炉（5）侧壁上设有红外检测通道（8），所述放电等离子烧结炉（5）外侧在与红外检测通道（8）对应位置处设有红外测温仪（7），所述石墨磨具（15）上在与红外检测通道（8）对应位置处设有测温孔（10）。
5.根据权利要求1所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述放电等离子烧结炉（5）内壁上设有热电偶测温仪（9）。
6.根据权利要求1所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述水冷装置（2）包括水箱（17）、水泵（18）、蒸发器（19）、压缩机（21）、冷凝器（22）、过滤装置（26）、膨胀阀（27）及循环管路，所述蒸发器（19）、压缩机（21）、冷凝器（22）、过滤装置（26）、膨胀阀（27）依次设置在循环管路上，所述水箱（17）出口与水泵（18）入口通过管路相连，所述水泵（18）出口与蒸发器（19）入口通过管路相连。
7.根据权利要求6所述的一种低温扩散焊接金属材料的放电等离子烧结系统，其特征在于，所述蒸发器（19）与压缩机（21）之间设有第一压力控制器（20），所述冷凝器（22）与过滤装置（26）之间设有第二压力控制器（25）。
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| CN115283807A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-04 | 浙江工业大学 | 一种锆及其合金的低温快速放电等离子扩散连接方法 |
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