CN101767236A - 一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及装置，其步骤为先对陶瓷管道和钛环进行清洗，随后垂直掉入真空炉中，在真空条件下升温焊接，焊接完毕后冲保护气体出炉，便完成了两个陶瓷真空管的对焊。本发明提供的装置由第一级的机械式旋片泵，第二级的罗茨泵，第三级的油扩散泵构成，各级泵进行串联布置，在装置上还配有向炉中输送高纯惰性气体(如氮气和氩气)的管路。本发明的优点在于提供了一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及装置，并且焊接后的陶瓷管道焊缝处真空漏率小于5*10-12Pa.M3/s，在陶瓷管道上无任何裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及该方法所使用的装置，用于将陶瓷真空管道在真空状态下对焊在一起，属于陶瓷真空管钎焊工艺及装置技术领域。
背景技术
目前由于不锈钢和铝合金在电子辐射状态下产生的活化效应比较少，国内大型加速器上使用的大直径的真空管道都以不锈钢和铝合金为主。但是不锈钢和铝合金在质子辐射状态下产生的活化效应很大，对周围的环境造成极其严重的中子污染。而陶瓷真空管则不会有活化效应，但是现在并没有一种成熟的钎焊陶瓷真空管的工艺及装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及装置，以适用于我国即将开始建造的散裂中子源项目。
为了达到上述目的，本发明的方法技术方案是提供一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其步骤为：
步骤1、对已经金属化的陶瓷管道进行清洗，除去表面的污物，对陶瓷管道的焊接表面在100～120℃下干燥处理5～10分钟；
步骤2、用强酸清洗钛环表面，并在100～120℃下干燥处理5～10分钟，其特征在于，
步骤3、将清洗后的陶瓷管道及钛环装入工装夹具中，两根陶瓷管道之间放置一个钛环，对陶瓷管道和钛环进行固定，并在陶瓷管道与钛环的对接处配好钎焊料，再将工装以悬空的方式吊入真空炉中；
步骤4、对真空炉抽真空直至真空度不大于10-3Pa后开始加热，升温至490～510℃，保温15～25分钟，再升温至848～852℃，确认焊料熔化后保温15～25分钟，再自然冷却致140～160℃，冲惰性气体，出炉。
本发明提供的一种产品技术方案是提供了一种用于上述方法的装置，由第一级的机械式旋片泵，第二级的罗茨泵，第三级的油扩散泵构成，各级泵进行串联布置，其具体结构为：包括垂直的真空炉体，工件置于真空炉体内，在真空炉体内设有加热***，加热***分布在工件四周，加热***分别连接控制器及炉体电源，在真空炉体上连接有第一阀门，第一阀门的一端连接扩散泵，第一阀门的另一端管路连接第三阀门，第三阀门管路连接机械泵，罗茨泵的一端通过第二阀门连接扩散泵，罗茨泵的另一端连接第三阀门与机械泵之间的管路。
本发明的装置采用垂直炉体设计，使得工件以悬空的方式进行吊装，从而可以确保焊料的自然毛细血管现象，使在焊接表面都能均匀分布焊料，满足真空度的要求；本发明提供的方法在焊缝中(即两个陶瓷管道之间)添加一个钛环，可以减少对焊处的应力分布，保证陶瓷焊接部位不出现裂纹；本发明的工装夹具可以保证焊接过程中零件的位置；本发明的方法在升温过程中保持真空度不大于10-3Pa，在焊料熔化后保温15～25分钟，以便焊料充分熔化，而且不产生气泡。
本发明的优点在于提供了一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺及装置，并且焊接后的陶瓷管道焊缝处真空漏率小于5*10-12Pa.M3/s，在陶瓷管道上无任何裂纹。
附图说明
图1A为工装夹具的结构示意图；
图1B为图1A侧视图；
图2为本发明提供的一种装置的结构示意图；
图3为本发明提供的一种装置的电路框图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
实施例1
如图2及图3所示，本发明提供的一种用于直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊的装置包括垂直的真空炉体2，工件4置于真空炉体2内，在真空炉体2内设有加热***3，加热***3分布在工件4四周，加热***3分别连接控制器及炉体电源，在真空炉体2上连接有第一阀门5，第一阀门5的一端连接扩散泵6，第一阀门5的另一端管路连接第三阀门9，第三阀门9管路连接机械泵10，罗茨泵8的一端通过第二阀门7连接扩散泵6，罗茨泵8的另一端连接第三阀门9与机械泵10之间的管路。加热***3为电加热装置，控制器为单片机。
本发明提供的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，，需要对接两个外径为302mm，内径为282mm，长450mm的陶瓷真空管道，其步骤为：
步骤1、对已经金属化的陶瓷管道进行清洗，除去表面的污物，对陶瓷管道的焊接表面在120℃下干燥处理8分钟；
步骤2、用强酸清洗钛环表面，并在120℃下干燥处理8分钟，强酸为浓度为35％的盐酸.
步骤3、将清洗后的陶瓷管道及钛环装入工装夹具中，两根陶瓷管道之间放置一个钛环，对陶瓷管道和钛环进行固定，并在陶瓷管道与钛环的对接处配好钎焊料，钎焊料为常规材料，在本实施例中使用北京有色金属公司的AgCu28焊料，再将工装以悬空的方式吊入真空炉中，工装夹具的结构如图1A及图1B所示，包括壳体11，在壳体11的两侧分别设有上盖13及下盖12，在壳体11内的中部分别水平及竖直设有隔板21及定位杆14，定位杆14的两端设于上盖13及下盖12外，在定位杆14的一端上设有螺母19，在定位杆14的另一端上设有吊环18，在定位杆14的该端外依次套有塞块15、弹簧16及弹簧座17，塞块15设于上盖13上，上盖13及下盖12通过螺栓20设于壳体11上。
步骤4、对真空炉抽真空直至真空度10-3Pa后开始加热，以50℃/小时的速率升温至490℃，保温15分钟，再以150℃/小时的速率升温至848℃，确认焊料熔化后保温15分钟，再自然冷却致140℃，冲氮气，出炉。在抽真空直至真空度10-3Pa之间，还可以抽真空检测炉体上是否存在漏点。
经过检测，陶瓷管道焊缝处真空漏率小于5*10-12Pa.M3/s，经长时间的真空测试，管道对接处无任何裂纹。
实施例2
本实施例的装置与实施例1相同，其步骤的区别在于，步骤1中的干燥温度为100℃，时间为10分钟；步骤2中干燥温度为100℃，时间为10分钟；步骤4、对真空炉抽真空直至真空10-5Pa后开始加热，以50℃/小时的升温至510℃，保温25分钟，再以150℃/小时的速率升温至852℃，确认焊料熔化后保温25分钟，再自然冷却致160℃，冲氩气，出炉。
经过检测，陶瓷管道焊缝处真空漏率小于5*10-12Pa.M3/s，经长时间的真空测试，管道对接处无任何裂纹。
实施例3
本实施例的装置与实施例1相同，其步骤的区别在于：步骤1中的干燥温度为120℃，时间为5分钟；步骤2中干燥温度为120℃，时间为5分钟；步骤4、对真空炉抽真空直至真空10-3Pa后开始加热，升温至500℃，保温20分钟，再升温至850℃，确认焊料熔化后保温20分钟，再自然冷却致150℃，冲氮气，出炉，本实施例的其他步骤与实施例1相同。经过检测，陶瓷管道焊缝处真空漏率小于5*10-12Pa.M3/s，经长时间的真空测试，管道对接处无任何裂纹。
Claims (8)
1.一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其步骤为：
步骤对已经金属化的陶瓷管道进行清洗，除去表面的污物，对陶瓷管道的焊接表面在100～120℃下干燥处理5～10分钟；
步骤2、用强酸清洗钛环表面，并在100～120℃下干燥处理5～10分钟，其特征在于，
步骤3、将清洗后的陶瓷管道及钛环装入工装夹具中，两根陶瓷管道之间放置一个钛环，对陶瓷管道和钛环进行固定，并在陶瓷管道与钛环的对接处配好钎焊料，再将工装以悬空的方式吊入真空炉中；
步骤4、对真空炉抽真空直至真空不大于10-3Pa后开始加热，升温至490～510℃，保温15～25分钟，再升温至848～852℃，确认焊料熔化后保温15～25分钟，再自然冷却致140～160℃，冲惰性气体，出炉。
2.如权利要求1所述的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其特征在于，步骤2所述的强酸为质量浓度为35％的盐酸。
3.如权利要求1所述的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其特征在于，步骤3所述工装夹具包括壳体(11)，在壳体(11)的两侧分别设有上盖(13)及下盖(12)，在壳体(11)内的中部分别水平及竖直设有隔板(21)及定位杆(14)，定位杆(14)的两端设于上盖(13)及下盖(12)外，在定位杆(14)的一端上设有螺母(19)，在定位杆(14)的另一端上设有吊环(18)，在定位杆(14)的该端外依次套有塞块(15)、弹簧(16)及弹簧座(17)，塞块(15)设于上盖(13)上。
4.如权利要求1所述的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其特征在于，步骤4所述升温至490～510℃的升温速率为50℃/小时。
5.如权利要求1所述的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其特征在于，步骤4所述升温至848～852℃的升温速率为150℃/小时。
6.如权利要求1所述的一种直径大于300mm的陶瓷真空管钎焊工艺，其特征在于，步骤4所述的惰性气体为氮气或氩气。
7.一种用于权利要求1所述钎焊工艺的装置，其特征在于，包括垂直的真空炉体(2)，工件(4)置于真空炉体(2)内，在真空炉体(2)内设有加热***(3)，加热***(3)分布在工件(4)四周，加热***(3)分别连接控制器及炉体电源，在真空炉体(2)上连接有第一阀门(5)，第一阀门(5)的一端连接扩散泵(6)，第一阀门(5)的另一端管路连接第三阀门(9)，第三阀门(9)管路连接机械泵(10)，罗茨泵(8)的一端通过第二阀门(7)连接扩散泵(6)，罗茨泵(8)的另一端连接第三阀门(9)与机械泵(10)之间的管路。
8.如权利要求7所述的一种装置，其特征在于，所述加热***(3)为电加热装置，所述控制器为单片机。
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