CN101025332A - 氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，属于密封式搅拌装置领域。其技术方案为，包括钎焊炉体和内循环风机，钎焊炉体和内循环风机的叶轮轴通过基座连接，内循环风机的叶轮处于钎焊炉体内，与叶轮相连接的叶轮轴穿过基座与电动机相连，在叶轮轴与基座之间设有密封圈，叶轮具有上下两层叶片，上层叶片位于管道内，下层叶片处于管道外，在叶轮下方设有加热管。本发明的叶轮将上方经过预热的纯氮气通过搅拌和管道的作用竖直往下输送，上层叶片吹出来的氮气流将被旋转的下层叶片作用向四周扩散，有两方面的优点：首先使更大区域内的气体进行热交换，其次，吹向工件的气流面积扩大，气流的温度也更均匀。

Description

氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置

                            技术领域

本发明涉及一种密封式搅拌装置，尤其涉及一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置。

                            背景技术

铝钎焊炉是将铝换热器各零部件进行有效连接的一种设备。是利用铝钎料Al-Si的合金熔点低于部件Al金属材料熔点的这一特性进行焊接的。钎料通常置于需要连接部位的焊接面附近或里面，在部件与焊接面之间及表面涂有钎焊剂，安装干燥后，部件在一定的惰性气体气氛的保护下加热至钎焊合金熔融而部件金属不熔化的温度，同时钎焊剂打破铝的氧化膜，让其熔融金属与不熔化金属之间进行表面扩散，冷却后，钎料金属就会与部件接触面之间形成金属结合。

铝合金等工件的焊接有两个重要的要求：

首先是气氛中的氧含量浓度，由于铝合金在300摄氏度以上氧化速度会加快，气氛中氧含量高易导致工件氧化而导致焊接失败，通常氧含量需要控制在百万分之几的量级下，因而对于气氛密封的要求较高；氮气保护钎焊炉钎焊区的温度为580~650℃，在这个温度下，由于风机叶轮轴高速旋转，会有较大的间隙，因而容易导致氮气泄漏，氧气进入，热量损失，严重时会导致焊接失败，因此钎焊炉的密封问题非常重要，目前尚未有一种在间歇式(半连续式)工作状态下行之有效的密封方法。另外一个重要的要求是工件受热均匀，由于焊接的工件往往尺寸较大，受热不容易均匀，而工件受热不均匀容易导致部位焊接时间不一致，而导致焊接的不均匀，进而焊接失败。此外，现有技术中，风机通常使用单层叶轮，由于炉内工件尺寸较大，风机吹出的热风往往集中于待加热工件的某一局部，工件受热不易快速达到均匀化。

                            发明内容

本发明的目的是提供一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，该装置密封效果好，搅拌后工件温度均匀。

本发明采用如下技术方案：

一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，包括钎焊炉体1和内循环风机2，钎焊炉体1和内循环风机2的叶轮轴22通过基座3连接，内循环风机2的叶轮21处于钎焊炉体1内，与叶轮21相连接的叶轮轴22穿过基座3与电动机23相连，在叶轮轴22与基座3之间设有密封圈4，在钎焊炉体1内设有风道隔离罩5，内循环风机2工作时，风道分隔罩5内的风从上部向下吹向工件6，再通过风道隔离罩5外部的空间向上流动从而形成循环，叶轮21具有上下两层叶片211、212，上层叶片211位于风道隔离罩5的管道51内，下层叶片212处于管道51外，在叶轮2下方设有加热管18。

本技术方案中，为使得拆卸方便采用如下技术方案：叶轮轴22被上下两个轴承(71、72)连接于基座上，密封垫圈7位于轴承71上方，并被设于基座上的端盖8所固定，其中上方轴承71采用向心推力角接触球轴承，在轴承上方设有轴套9，叶轮轴及其附属设备通过轴套9压在上方轴承71的内圈上，下方的轴承通过端盖固定。为使得叶轮轴的温度不至于过高，在叶轮轴71外部还设有水冷套10。在搅拌装置顶部设有氮气入口，从叶轮轴71外部与水冷套10之间的缝隙以及轴承外圈侧涡流气槽、沿叶轮轴与其它部件的间隙以涡流形式不断从顶部向叶轮方向充入氮气，以消除凝露，改善气氛及叶轮轴热量上传。为进一步增加密封效果，在钎焊炉体1和基座3之间用法兰连接，连接缝中涂有由石墨粉和泡化碱无机粘合剂混合而成的耐热密封、填合剂。为使得叶轮和叶轮轴拆卸方便，叶轮21与叶轮轴22之间为可装配连接也可不分解整体拆卸。密封圈4为含油密封圈时，它的密封效果更好。在叶轮轴前端还设有副叶片，以增加气流的导向性。

发明原理：间歇式氮气保护钎焊炉各工作段结构功能介绍。

1、加热干燥室：干燥室内部由热风循环控温加热***组成。管状电加热器与内循环风机、数字式温控仪、固态继电器(或温控模块)组成连锁加热控制***。干燥室上端装有排气口，与外接排风机管道相连。干燥室底部装有钎剂粉尘收集盘，可从侧面拆卸，定期清除室内垃圾。入口端装金属帘，外侧装有工件高度限制器，与传动急停、报警连锁工作；出口端与净化室相接，可将净化室排出的氮气再次循环利用后与水蒸气一起排出干燥室外。

2、净化室：室内外层均为不锈钢制造，两套温控仪分别控制马弗腔外的两套辐射式加热器的温度，外部设有保温层，骨架为型钢结构。跨越工件的两端，内装有金属幕帘，出口端装有气动门，可根据运行要求调整和自动开闭，入口与干燥室相连，可将净化利用后排出的热氮气流经干燥室再次利用。工件停在其间时，净化室内设有的可调节充氮气装置以及利用钎焊段排出的热氮气流对工件进行净化，以提高热能转换和氮气的利用率。

3、钎焊段：本段工作腔是由密闭双层马弗堂与两个电加热区内和两个内循环风机构成，炉膛两端设有气动门，可根据运行要求调整入口的间隙和自动开闭状态。结构全为耐热不锈钢制造，保温层厚度约400mm，最高工作温度达700℃，为了便于维护和提高热效率，上部采用***内置式高温电热棒进行加热调温，分成两个温度控制区(以提高控温精度)，加热器适当布置在传动带与工件的上方；下方在炉体外侧装有两组辐射式电加热器，并且由两套控温组件连锁控制，使之更好地利用电热器对工件直接辐射的加热效果和控温性能。在充氮气加热的过程中，采用了两台低噪音内热循环风机进行强制性的气氛对流换热，以提高各点温度、气氛的均匀性。每支电热棒的两端口装有密封垫圈锁紧螺母，以保氮气在工作中的可靠性能和维修更换的方便。钎焊室底部装有两个钎焊残渣清除口，可从侧面拆卸，定期清除内部残余物。钎焊区氮气进入装置采用了通过在净化预热室预热后，再注入两台低噪音内热循环风机搅拌混合进入炉腔，以保证钎焊的过程中不影响炉内的温度稳定性和气氛的均匀性。氮气的使用中由流量计、手动调整阀、电磁阀等组成流量观测、控制***；由一套取样泵，微氧量分析仪器组成气氛浓度检测***。两个***互动可以有效地控制质量工艺要求和最佳耗气生产成本。

4、水冷室：由双层不锈钢结构组成，炉腔从中穿过形成冷却水套，出口端装有金属风幕帘和气动门，可根据运行要求自动开闭，门外侧装有集气罩(接入排气管路)。

室内由三个部分组成。第一部分为：水套室内壁环境与热工件的对流换热；第二部分为：水冷却室内循环风机与水冷管式热交换器组合，增强换热；第三部分为：冷的氮气气幕补偿气氛。水冷却室由一个进水口和一个溢流口，组成供排水路。结构特点：提高了换热效果，缩短了冷却时间，内循环风机与冷却水***的可调节性，能使降温曲线变得可调。在工件运行出炉时，氮气供给***能自动改变炉内的氮气供应量来改变炉内氮气压差的同时，首先是冷氮气气幕对工件气冷，尔后再自动延时减少氮气调节供应量，以保证工件在传动和冷却过程中的气氛要求。内循环风机可根据工件的冷却要求全程变速、定时开闭，为工件的冷却环境要求提供了机动可靠的操作条件。

5、空气冷却室：室内主要是由吹风机和排风机构成单向气流并排出室外。过程是将在气氛中冷却的工件运行到空气中进行强制冷却到接近环境温度，并将换出的热量与废气同时排出室外，便于卸除工件工序的操作。

6、上、下工件段：分别为最大工件提供足够的敞开式工作面，由自循环传动带、型钢结构组成。

7、传动装置：装置由上工件、干燥、预热、钎焊、水冷却段、风冷室与下工件段两条传动带构成串联同步运行机构，主要驱动力是三相异步电机与减速机组成的减速机构，由电气控制运行。运行线速度可在1000~2000mm/min范围内设定，并可根据需要设定为均变速升速起动，到均匀变速减速停止状态。根据需要可显示电机工作频率，传动带的运行实际线速度，还可设定电机过载(力矩)保护状态的操作***。

8、炉体线胀的处理：设备的炉体在常温状态与工作温度不同的变化过程中，有不同程度的热胀冷缩的长度变化量，会影响节拍运行误差和炉体某些部位变形妨碍正常工作。因此，设备装置了线胀系数助动、滑动消除装置。主要由滑动架、助动汽缸组成。

9、温度控制***：干燥区由一套数字温控仪及温度传感器，与一台内热循环风机与电加热器组成温度连锁控制电路；净化预热区的上、下两部，分别由两套数字温控仪及温度传感器与两个电热箱组成温度连锁控制电路；钎焊区由两套数字温控仪及温度传感器与两台内循环风机与两区电加热器组成温度连锁控制电路，分别控制钎焊区内两端温度调节。电热调节采用可控硅调压模块输入仪表温度PID4～20mA连续信号进行控制加热器的连续电流量，来达到控制、稳定工作温度。

10、报警***：钎焊炉的各温控点温度的上、下限报警，水压及流量、压缩空气压力、氮气压力报警、微氧量检测范围报警、各路电机过载报警，工件限位报警等，能通过控制操作屏直观指示报警点的区域位置。

本发明获得如下有益技术效果：

1.本发明的叶轮采用双层叶片，上层叶片位于管道中，将上方经过预热的纯氮气通过搅拌和管道的作用竖直往下输送，而下层叶片位于管道外，靠近管道出口的下部，由于此时与叶轮的同一水平位置没有管道壁的遮挡，上层叶片吹出来的竖直往下的氮气流将被旋转的下层叶片的离心作用而向四周扩散，这个作

2.用具有两个方面的优点：一方面，使得更大区域内的气体进行热交换，从而使得温度更容易均匀，另一方面，吹向工件的气流面积扩大了，吹向工件的气流的温度也更均匀了。

3.本发明在叶轮轴与基座之间设置密封圈，使得炉内的氮气气氛与外面的大气隔绝，从而保证了焊接的成功进行。

4.本发明中，由于叶轮轴高速旋转，易于导致叶轮轴与基座之间的间隙较大，从而会造成密封效果变差，因而选用含油密封圈，利用液体的密封作用，使得炉内气体更加不易与外部空气进行交换，从而增加了密封效果。

5.本发明中，在叶轮轴周围增加了水冷夹套，叶轮轴外部与水冷套缝隙之间以及从它们的轴承外圈侧涡流气槽、沿叶轮轴的表面以涡流形式不断从顶部向叶轮方向充入适量氮气，以消除凝露，改善气氛及叶轮轴热量上传，使得叶轮轴的工作温度降低，一方面，使得含油密封圈的工作温度降低，密封油不易流失，密封效果更好；另一方面，由于工作温度的降低，使得风机叶轮轴的使用寿命增加。

6.本发明通过轴套将叶轮轴及其附件的重力作用在采用向心推力角接触球轴承的内套上，使得叶轮轴的运转更加稳定。

7.本发明采用向心推力角接触球轴承，并设置端盖等设施，使得该搅拌装置可以向下方单方向拆卸，即去除端盖和限制叶轮轴的锁紧螺母，即可将叶轮轴与叶轮整体卸除，方便了拆卸和维护。

8.本发明将叶轮轴与叶轮之间采用可装配连接，从而使得装配更加方便。

9.本发明在法兰和钎焊炉体之间用石墨与泡化碱无机粘合剂填料填充，由于石墨为耐高温材料，从而使得在较高温度下密封效果更好。

10.本发明通过采用风道分隔罩3，使得钎焊炉体内的气体按照一定的方向循环流动，经过加热管加热后的热气吹向相对较冷的工件后，产生温度相对较低的气体，通过叶轮的负压作用从风道隔离罩外部重新被叶轮搅拌，继而与热气重新混合，因此通过设置内循环风机叶轮的方向，从而使得隔离罩内、外的气体穿越工件循环混流流动，能够起到良好的加热效果。

11.为增强风压，本发明所述内热循环风机的叶轮共有8片，平均分成两组且分为两层均匀设置在转轴的圆周上，两层叶轮相互交错设置在转轴上；每层的四片叶轮间隔90度设置，每片叶轮的角度均为35度。在叶轮轴前端还设有副叶片，以增加气流的导向性。

                            附图说明

图1是本发明钎焊炉装置图。

图2是本发明钎焊炉A部分局部放大图。

图3是本发明图2中B部分放大图。

图4是本发明图2中C部分放大图。

                            具体实施方式

实施例1

一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，包括钎焊炉体1和内循环风机2，钎焊炉体1和内循环风机2的叶轮轴22通过基座3连接，内循环风机2的叶轮21处于钎焊炉体1内，与叶轮21相连接的叶轮轴22穿过基座3与电动机23相连，在叶轮轴22与基座3之间设有密封圈4，在钎焊炉体1内设有风道隔离罩5，内循环风机2工作时，风道分隔罩5内的风从上部向下吹向工件6，再通过风道隔离罩5外部的空间向上流动从而形成循环，叶轮21具有上下两层叶片211、212，上层叶片211位于风道隔离罩5的管道51内，下层叶片212处于管道51外，在叶轮2下方设有加热管18，每层叶片可以有2个或者3个或者4个，叶片的角度通常位30-60度，叶片交错放置。

实施例2

一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，包括钎焊炉体1和内循环风机2，钎焊炉体1和内循环风机2的叶轮轴22通过基座3连接，内循环风机2的叶轮21处于钎焊炉体1内，与叶轮21相连接的叶轮轴22穿过基座3与电动机23相连，在叶轮轴22与基座3之间设有密封圈4，密封圈可设置在位于向心推力角接触球轴承上方的轴套与基座之间，在钎焊炉体1内设有风道隔离罩5，内循环风机2工作时，风道分隔罩5内的风从上部向下吹向工件6，再通过风道隔离罩5外部的空间向上流动从而形成循环，叶轮21具有上下两层叶片211、212，上层叶片211位于管道51内，该管道51可设置于叶轮轴基座上，也可以固定于炉体上，下层叶片212处于管道51外，使得所吹的风向四周吹出，在叶轮2下方设有加热管18，用于加热炉内气氛到需要的温度。

本实施例中，为使得拆卸方便采用如下技术方案：叶轮轴22被上下两个轴承(71、72)连接于基座上，密封垫圈7位于轴承71上方，并被设于基座上的端盖8所固定，其中上方轴承71采用单力向心力推力球轴承，在轴承上方设有轴套9，叶轮轴及其附属设备被设置于其上部的锁紧螺母所限制，并通过轴套9压在上方轴承71的内圈上，下方的轴承通过设置于基座上的端盖固定。为使得叶轮轴的温度不至于过高，在叶轮轴71外部还设有水冷套10，叶轮轴外部与水冷套缝隙之间以及从它们的轴承外圈侧设有涡流气槽、沿叶轮轴的表面以涡流形式不断从轴的上部向心推力角接触球轴承端盖内向叶轮方向充入适量氮气，以消除凝露，改善气氛及叶轮轴热量上传。为进一步增加密封效果，在钎焊炉体1和基座3之间用法兰连接，连接缝中涂有由石墨粉和泡化碱无机粘合剂混合而成的耐热密封剂，其比例可以是任意比例。为使得叶轮和叶轮轴拆卸方便，叶轮21(实际上是带有部分叶轮轴的叶轮)与叶轮轴22之间为可装配连接，譬如用螺纹连接或者用螺栓固定连接，也可以采用螺钉连接。密封圈4为含油密封圈，它的密封效果更好，油可以用常规的密封油，也可用耐高温的密封油。

拆卸时，首先拆除法兰盘上的连接将基座从钎焊炉体上卸下，只要拆除上端盖设置于叶轮轴上部的锁紧螺母，即可将其叶轮与叶轮轴一起单向拆卸(向下)。

为增强风压，本发明所述内热循环风机的叶轮共有8片，平均分成两组且分为两层均匀设置在转轴的圆周上，两层叶轮相互交错设置在转轴上；每层的四片叶轮间隔90度设置，每片叶轮的角度均为35度。在叶轮轴前端还设有副叶片，以增加气流的导向性。

氮气保护钎焊炉间歇炉主要技术指标及参数(其中一种规格)

1、外形尺寸：长16500×宽2400×高2400

2、钎焊室截面尺寸：宽1200×高350

3、最大输入空间截面：宽1050×高250

4、电力配备：250kw 380V 50Hz

①动力：      10kw

②干燥加热段：60kw

③净化预热段：60kw

④加热钎焊段：120kw

5、温度范围：

①干燥加热段：150～250℃，max 300℃

②净化预热段：300～450℃，max 500℃

③加热钎焊段：580～650℃，max 700℃

6、钎焊段控温偏差：≥5℃

7、首次预热时间：≥120min

8、工件传动速度：1000-2000mm/min(变频调速，参考值)

9、传动方式：链带计数传动，节距：76.2mm(3英寸)

10、工作方式：周期(间歇)式传动：(工作环境温度5～35℃)

11、周期时间范围：5～35min/次(按实际工艺要求)

12、节拍距离：2450mm(参考值，按要求制造)

13、氮气消耗：50～80m³/h(供气压力：0.1～0.2MPa恒压)

氮气要求：纯度：＞99.999％；露点：-62℃

14、冷却水消耗：4～8m³/h(软化水水温10～25℃，用户可自备循环冷却装置，水质要求可参照GB10067.1-88标准。)

15、压缩空气：0.6～0.8MPa

操作流程及原理简介

首先按操作要求，检查水、电、气各路是否正常，钎焊炉段预热约120分钟达到600℃以上的工艺钎焊温度，升温同时将充氮气***打开工作至氧含量低于50ppm以下。干燥室工作约20～30分钟以达到工艺干燥温度150～200℃.(详细操作另见说明)接着就可以进行以下的操作。

1、上件：

将按工艺要求组装好的散热器芯体(以下简称工件)，经过钎剂喷淋和高压风吹除多余的带水焊剂，而后，再将工件移入钎焊炉的上件端的传动带上，以中心定出的标记或不超出定位检测器的限位报警位置。

2、干燥：

工件在上料段经定时自动运行至干燥室，并停留在干燥室进行加热干燥，使工件上的水分变为水蒸气经循环风机和排气口排出室外，并将工件加热至180℃以上，此时已初步完成干燥过程。

3、净化：

工件从干燥室进入净化室后，将进一步地保温升温并利用钎焊炉内排出的热氮气流进行干燥和净化以达到减低氧含量的目的。本段还设有辅助氮气调节入口，以保证净化质量。

4、钎焊：

工作被净化后再移入钎焊炉内进行高纯氮气保护下进行升温。完成纤焊程序后，工件将被送入冷却区进行冷却。

5、水冷却：

工件在水冷却区内以氮气气氛为主要载体与水冷套的金属壁进行热交换过程，辅以内循环风机与水冷式热交换器使之提高热交换效率，使工件降温钎料结晶固化，形成钎焊接头，工件温度降至300℃以下时，便可进入到空气中进行风冷却。

6、风冷却：

将工件在空气中利用风机气流迅速将工件冷却到接近常温。

7、下件段：

当工件运行到下件端时，已接近环境温度(一般不高于环境温度20℃)，并要求在下一个间歇运行到来之前卸除，以迎接下一个工件的到来。

综上所述，一旦工件(同一类型的)不断逐步依次进入每个工作段后，就进入到全线工作状态，它会按照你所设定的工艺要求不断一步一步地工作下去。

Claims (10)

1.一种氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，包括钎焊炉体(1)和内循环风机(2)，钎焊炉体(1)和内循环风机(2)的叶轮轴(22)通过基座(3)连接，内循环风机(2)的叶轮(21)处于钎焊炉体(1)内，与叶轮(21)相连接的叶轮轴(22)穿过基座(3)与电动机(23)相连，在叶轮轴(22)与基座(3)之间设有密封圈(4)，叶轮(21)具有上下两层叶片(211)、(212)，上层叶片(211)位于管道(51)内，下层叶片(212)处于管道(51)外，在叶轮(2)下方设有加热管(18)。

2.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，在钎焊炉体(1)内设有风道隔离罩(5)，内循环风机(2)工作时，风道分隔罩(5)内的风从上部向下吹向工件(6)，再通过风道隔离罩(5)外部的空间向上流动从而形成循环。

3.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，叶轮轴(22)被上下两个轴承(71、72)连接于基座上，密封垫圈(4)位于轴承(71)上方，并被设于基座上的端盖(81)所固定，其中上方轴承(71)采用向心推力角接触球轴承，在轴承上方设有轴套(9)，叶轮轴及其附属设备通过轴套(9)压在上方轴承(71)的内圈上，下方的轴承通过端盖(82)固定。

4.根据权利要求1或2所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，叶轮轴(71)外部还设有水冷套(10)。

5.根据权利要求1或2所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，在搅拌装置顶部设有氮气入口，从叶轮轴(71)外部与水冷套(10)之间的缝隙以及轴承外圈侧涡流气槽、沿叶轮轴与其它部件的间隙以涡流形式不断从顶部向叶轮方向充入氮气。

6.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于，钎焊炉体(1)和基座(3)之间用法兰连接，连接缝中涂有由石墨粉和泡化碱无机粘合剂混合而成的耐热密封、填合剂。

7.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于叶轮(21)与叶轮轴(22)之间为可装配连接或整体拆卸。

8.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于密封圈(4)为含油密封圈。

9.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于内循环风机的上、下两层各有4片叶片，两层叶轮相互交错设置在转轴上；每层的四片叶轮间隔90度设置，每片叶轮的角度均为35度。

10.根据权利要求1所述的氮气保护钎焊炉用密封式热风搅拌装置，其特征在于在叶轮轴前端还设有副叶片。

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