CN102985207B - 用于具有复杂形状的零件的感应钎焊的方法，以及用于实现该方法的单或多钎焊站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钎焊具有复杂轮廓，同时能够重复实现被限定条件的零件。特别是，本发明提供在通过控制和地图热而进行钎焊过程中调节热循环，同时考虑待钎焊材料的发射率系数。根据一实施例，本发明的钎焊站包括电力发电机（40），该电力发电机能够对一连接到形成一形状感应器（11）的电路的变压器（60）供应一预定的电压（U1），所述电路具有待钎焊零件（3，4）的整体形状。加压工具在待钎焊零件（3，4）上施加一载荷。一照相机（13）建立一热地图。一激光观测红外线高温计（12）在确定发射率系数后利用辐射（R）测量钎焊温度，其他参数被固定。一控制器（50）在所测温度的基础上将一组能提供给所述发电机（40）。<!--1-->

Description

用于具有复杂形状的零件的感应钎焊的方法，以及用于实现该方法的单或多钎焊站

技术领域

本发明涉及一种用于具有复杂形状的零件的感应钎焊方法，以及用于实现该方法的钎焊站。

背景技术

本发明的领域为用于零件组件的感应钎焊，本发明应用于将被组装的任何零件轮廓，特别是具有复杂形状，例如具有曲线的零件。其材料必须适合于钎焊，特别是关于其熔点以及钎焊的熔点，具有足够的电导率和导磁率，以使钎焊能够实施。

作为热模式的电磁感应是有利的：通常由与感应器相连的发电机来执行，其能够实现迅速的热升高，以较小的工作成本达到非常局部和可再生的热。此种加热类型应用于多种情况：退火(管、线)、焊接(管)、表面硬化和退火(齿轮)、矫正(轴)等。

钎焊的原理在于通过金属接点–钎焊–熔点比零件低，将两个金属零件进行组装，需要满足严厉条件，无论其热模式为何：

按照接合面进行零件组装，面盖着面，在零件之间具有固定的间隙，

从零件表面清除油脂和氧化物；

仅在零件几何形状和零件/钎焊材料连接上实施一固定的热循环。

这样的热循环通常包括温度升高到该水平温度(略高于钎焊的熔融温度)，温度在一确定的时间期间保持，随后冷却一确定的持续时间。为了防止在加热过程中氧化，根据所希望的钎焊的强度，已知两种方法：在所称的“强”钎焊的情况下，一所称的“焊剂”流在热循环过程中保护钎焊接点不被氧化；在所称的“扩散”钎焊的情况下，大气通常控制在惰性气体，例如氩气下。

作为钎焊加热模式的电磁感应已知由于感应器的几何形状而用于同位素类型的应用，在受控大气下，用于具有简单规则几何表面的零件的组装，即用于回转零件(支管、连接、阀等)的组装。

感应钎焊通常包括围绕待焊零件的螺线管形状的感应器。该感应器与一光学高温计相连，该光学高温计根据钎焊溶剂的熔点而用于温度调节。

此方法无法扩大复杂形状，特别是复杂轮廓零件的零件组件的感应钎焊应用范围，所述零件无回转或对称轴，而是有一“演进”接合面，也就是说无平面。

发明内容

本发明准确旨在执行复杂轮廓零件的钎焊，在所述零件之间具有可变间隙，热循环可非常短，通过使用电磁感应类型的加热，而可限定能够重复生产的实施条件。

为实现上述目的，本发明的目的具体在于在钎焊过程中通过使用一热地图来调节和检查温度均匀化而适应该热循环，同时考虑待焊材料的发射率系数。

因此，本发明的目的是提供一种用于可具有复杂形状的零件的钎焊方法。此方法在于限定一加热热循环，该加热热循环包括以下阶段：根据被钎焊的材料而升温、水平和冷却，将钎焊焊缝熔敷到待钎焊零件之间的接合面上；一旦结合到一起，即将大致均匀的压力施加到待钎焊的零件上；在用于热均匀化检查的循环过程中使用被焊材料的热地图，考虑此材料的发射率系数的变化。此热循环于是通过在一点上看的一闭合的伺服回路来调节，该点通过还考虑在该点的材料的发射率系数的变化，以及通过局部化的热来作为热代表，所述局部化的热通过最接近待钎焊零件的焊缝已熔敷于其上的接合面的形状感应来实现。

在此情况下，根据本发明的方法由于该热循环的可复制性而可发展工业应用的执行阶段。钎焊站为在持续时间方面的“瓶颈”站，生产成本变为“流态化”站。而且，钎焊的非质量率(简称TNQ)从30-40％减小到小于3％，NQ的剩余成本变得可以忽略。而且，电、热和磁的风险是安全的。

根据具体实施例：

-伴随温度来考虑待钎焊材料的发射率系数是通过根据该材料关于一来自在相同温度下所获得的各辐射流的黑色物体的温度，来校准发射率系数的变化而执行的：

-所述热感应局限于按照所述接合面的纵向部分制成和延伸的钎焊区域附近；

-所述热代表点在该接合面附近选择；

-钎焊通过确定的在待钎焊零件的几何形状与相对位置、形状感应以及待钎焊零件的表面条件方面的参数来限定。

优选地，此方法使得可大大减小钎焊数量，同时改进操作质量。本发明还涉及用于实现上述方法的钎焊站。该站包括发电机，能够对一连接到形成形状感应的电路的变压器供应预定的电压。所述电路具有适合与被钎焊区域相联系的整体形状，该待钎焊的零件位于机床的零件支撑上。加压工具适于在待钎焊零件上施加一预定的和大致恒定的约束。在钎焊时所述零件的温度由一激光标定红外线高温计来测量，一控制器适于根据被测温度来提供电源调节设定值。优选地，该站是便携的，从而易于在工作现场传送，特别是当钎焊不需要惰性气体的存在时。该高温计提供以激光标定，以避免涉及封闭材料的加热的任何调节问题。

根据具体实施例：

-所述热地图在进行连续制造前，通过一红外照相机在调节钎焊参数的基础上来测量，以确定这些参数；

-所述感应器为具有矩形截面的金属结构，优选具有正方形截面，其边小于1厘米，以通过焊接相连的线性长度而形成，其大致为待钎焊零件的接合面的形状；

-场集中器位于感应器的角连接的水平，以消除泄漏区域；

-该感应器位于距待钎焊表面一定距离处，该距离不超过2mm；

-该加压工具由夹紧顶端制成，该夹紧顶端具有绝缘指，所述绝缘指配备有弹簧，所述弹簧对待钎焊零件的一侧施加压力，以在整个两个零件上应用确定的和大致恒定的约束；

-压缩空气喷嘴优选位于接近待钎焊零件，以加速冷却，以便一旦温度的值释放该组件该材料的任何淬火风险就减小循环期间。

多钎焊站优选包括多个以上所限定的感应器，以同时钎焊相同零件的几个接缝。优选地，发电机、变压器和控制器可共同使用。

本发明尤其设计涡轮叶片，也称作喷嘴引导叶片的盖的钎焊。

附图说明

在参照附图，阅读下述关于一示例性实施例的描述后，本发明的其他特征和优点将呈现，其中：

图1为根据本发明的钎焊站的典型装置的示意图；

图2为位于一适当支撑上的待钎焊的喷嘴引导叶片和盖的透视图；

图3为图2中待钎焊零件的俯视图，具有根据本发明的形状感应器；

图4为在钎焊过程中固定和夹紧机床的立体示意图；和

图5为用于实现本发明的钎焊方法的方块图。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的装置包括设置在自由大气下的壳体10中的加热设备，所述壳体10具有可由用于安全原因的锁9锁住的进入门30；以及在该壳体外的电能设备：促进表面电流的高频电力发电机40，以其与上游的功率控制器50以及下游的变压器60相连，该变压器60可结合到壳体10中–作为变压器头–在图示示例中的加热设备的附近。控制器50对调节进行控制，并跟踪待钎焊零件的演变。一数据处理单元70，具有显示终端72，可根据温度登记主钎焊材料的热循环数据和发射率系数。

该加热设备包括穿过变压器60安装的感应器11和与控制器50相连的双色激光视红外线高温计12。该感应器11位于台14的前面–具有双轴移动框架14a。待钎焊零件被设置于一由放置在台14上的耐熔绝缘材料所制成的支撑5中。压缩空气喷嘴15a和15b优选设置在感应器11与台14之间。这样的喷嘴与由控制器50控制的压缩机15c相连。所述加压设备包括一垂直地安装在一弹簧上的顶端16(见图4)，并通过感应器11而悬于支撑5之上。此顶端具有六个接触指18，所述接触指在绝热材料中，安装在可调节高度的弹簧上，以使全部指可在待钎焊零件上施加大致均匀的约束。

下文中的例子涉及用于气体涡轮的喷嘴引导叶片的盖的钎焊。涡轮喷嘴包括形成固定一组叶片的叶片和两个弹簧，所述叶片具有安装在所述内弹簧上的脚。该涡轮喷嘴的作用是偏离在叶片的侧面之间的前缘上接收的气流，以为旋转的那组移动叶片的气流定向。

图2的透视图显示开始钎焊前零件的定位–一个叶片3和其盖4–在由耐熔材料制成的支撑5中。该叶片和盖在俯视图中整体具有梯形形式。叶片3具有两个主侧面，凹内拱面32和凸外拱面(未示出)，带有划分这些侧面的前缘Ba和后缘Bf。盖4形成为一平壁。

在该梯形的基础上，所述叶片分别具有头34和脚36，栓37穿于其中。所述叶片3的内拱面32包括一组敞开的通道38，或出口，设置为平行地引导于该叶片3的后缘Bf的附近。

支撑5具有上侧面5a，该上侧面5a配合该叶片的外拱面，以使该叶片被良好地支撑。该叶片的内拱面32在条的初始形式下容纳钎焊缝6(以虚线表示)，所述条熔敷在对此内拱面32的接合面的盖4的轮廓的紧接内侧的接合面上。盖4通过钎焊缝也设置在内拱面32的接合面上。在该例中，钎焊为50％的银基合金，待钎焊的零件由铜-钴-铍合金制成。

感应器11呈现为构造电路的形状，该构造电路整体上适合于盖和叶片的接合面的构造，如图3的俯视图和图4的透视图所示。此电路11包括正方形截面的铜管的长度11a，其侧面小于但接近于1cm。所述长度是线性的，并通过焊接相连，以整体适于设置在支撑5上的待钎焊零件3的轮廓。图3还显示出接触指18的标记和在接合面附近的高温视觉表示点7。

感应器11因而具有整体适合构造，使得可至多在不接触的情况下与纵向钎焊区域更接近。因此，该感应器在此包括4个主长度，T1-T4，均在平行于XOY的相同水平面H1中。一般而言，该感应器的此构造和几何形状使得能以小于2mm的空隙而更接近待钎焊零件，而现有技术要求保持大约2cm的距离。该空隙可根据不同参数而变化：钎焊的成分和数量、热循环、零件几何形状和被感应的电流强度等。

长度T1-T4在俯视图中形成“U”，并连接到变压器(未示出)的端部上。由变压器传递的电流的强度和交流电压适合于待钎焊零件以及钎焊的尺寸和性质，以创造一磁场，因而产生对于该材料的具有适合强度的感应电流。铁氧体场集中器8优选设置在所述长度中，更准确说是设置在此长度的连接A的水平上，以限制后部区域，并将感应电流集中在钎焊区域中。

如图4所示，弹簧19保持在由顶端16所引导的接触指18的外延中。而且，顶端16由内腔80穿过，使得可形成红外线高温计(未示出)的激光光线的通道。

上述机床可根据图5中所示的方块图来实现，该方块图列出图1中所公开的主要设备：连接在一起的电力发电机40、变压器60和感应器11；用于测量辐射R的高温计12，与发电机40相连的控制器50，和用于登记的数据处理单元70，该数据处理单元70与显示终端72相连，实时登记热循环。

钎焊参数–感应器11的尺寸和几何形状，零件3和4的表面状况(清洁、酸洗等)，钎焊6作为条在接合面上的熔敷，盖在叶片上的熔敷，设备与待钎焊零件之间的空隙，由加压顶端施加在零件上的约束–在该热循环实现之前被固定。在该例中，所述空隙大致等于1mm，压力固定在0.02N每指，即对于所有指为0.12N。

发电机60在此具有等于6kW的功率，供应电压U1，该电压由变压器60转换为交流电压。此变压器跨越感应器11而应用电压U1。感应电流于是通过焦耳效应在待钎焊零件3和4之间的钎焊焊缝6中释放充足温度，以熔化这些零件之间的钎焊并导致钎焊。

在所形成的钎焊接头中的温度的均匀性优选被红外相机13跟踪，该红外相机将待焊零件的区域的图像传送至处理单元70。热均匀性监视可优选通过由该相机在加热时所传递的图像与之前建立的热地图之间的对比来实施。地图可对于不同的热循环而建立和预登记，待钎焊的不同材料也预登记于所述处理单元中。

热控制的检查从由高温计12所执行并传递至控制器50的温度测量而进行。多亏先前由IR相机所建立的地图，选择位于接缝附近的接合面中的一热代表点7为高温计的观察点(图3)。

由该高温计和红外相机所测量的温度值在用一黑色物体的模拟物所进行的调整阶段的过程中被矫正，以免除辐射的发射率系数随时间的变化。为此，该组件被覆盖以一涂料，该涂料具有接近“1”的发射率系数，以模拟黑物体。对可重复的加热的调节于是被限定。于是，在作为主合金的发射率系数的算盘起始值的情况下，精确系数被调节，以复制前面所获得的循环。

被应用的热循环在控制器50中用参数表示：水平和冷却的温升持续时间，在这些期间的边界的温度。优选地，该循环可在之前登记的循环中选择。在由高温计所进行的每个温度测量中，测量值之间的偏差–通过发射率系数而矫正–在循环瞬间所期待的值由控制器50估计。能够减小此偏差至0的功率调节的设定值由控制器50发展，并传送到发电机40，该发电机40根据如此传送的设定值信号而调整其功率。

在例中，该循环的总持续时间不超过5分钟，温升1分钟，水平1分钟，冷却3分钟。对于银基钎焊，水平温度稳定在680-720℃的范围内。冷却自由上升到大约300℃，因为被迫冷却可导致材料的“淬火”。

本发明不限于所描述和描绘的例子。例如在任何时刻，可从所述数据处理单元通过使用适于被手工中断的直接数字控制或通过一自动装置而实现钎焊自动化。在进入所有在相对于被使用的钎焊和被钎焊的零件的材料的数据的操作和获得过程中保持固定的固定参数后，所选热循环的调节回路由所述控制发起，并由所述处理单元检查。该地图继续使得能够验证该方法的耐用。与之前登记的模型的一致性被验证，一视觉或声音警告可在温度偏差超过一预定阈值的情况下释放。

而且，可通过该方法和根据本发明的机床引导多个钎焊操作，特别是不需要受控大气的钎焊。而且，钎焊零件可在重要温度的范围内，例如500-800℃之间被制成。

Claims (14)

1.一种用于可具有复杂形状的零件(3，4)的感应钎焊方法，其特征在于，该方法在于限定一加热热循环，该加热热循环包括以下阶段：根据被钎焊的材料(6)而升温、水平和冷却，将钎焊焊缝熔敷到待钎焊零件(3，4)之间的接合面(C)上，将大致均匀的压力施加到待钎焊的零件上，在用于热均匀化检查的循环过程中使用待钎焊材料的热地图，考虑此材料的发射率系数的变化，随后该热循环通过在作为热代表的一点(7)上看的一闭合伺服回路，以及通过考虑在该点的材料的发射率系数的变化，以及通过一局部化的热来调节，所述局部化的热通过最接近待钎焊零件(4)的，焊缝已熔敷于其上的接合面的形状感应器(11)来实现，

其中所述感应器大致采取所述接合面的形状。

2.根据权利要求1所述的方法，其中伴随温度来考虑待钎焊材料的发射率系数是通过根据该材料关于一来自各自在相同温度下所获得的辐射流的黑色物体的温度，来校准发射率系数的变化而执行的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中热感应局限于按照所述接合面(C)的纵向部分延伸的钎焊区域附近。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述热代表点(7)在所述接合面(C)附近选择。

5.根据权利要求1所述的方法，其中钎焊由待钎焊零件与所述形状感应器的几何形状与相对位置，以及待钎焊零件的表面条件方面的固定参数所限定。

6.一种用于实现根据上述权利要求中任何一项所述方法的钎焊站，其特征在于，该站包括电力发电机(40)，该电力发电机能够对一连接到形成一形状感应器(11)的电路的变压器(60)供应一预定的电压(U1)，所述电路具有适合与被钎焊的纵向区域相联系的整体形状，所述纵向区域由位于一支撑(5)上的待钎焊零件的轮廓所限定，加压工具(16-18)适于在待钎焊零件(3，4)上施加一确定的和大致恒定的约束，一激光观测红外线高温计(12)测量钎焊温度，一控制器(50)适于根据被测温度将一功率调节设定值提供给所述发电机(40)。

7.根据权利要求6所述的钎焊站，其中所述热地图在开始一连续的制造前，通过一红外照相机在钎焊参数的调节阶段上来测量，以确定这些钎焊参数。

8.根据权利要求6或7所述的钎焊站，其中所述感应器(11)为具有矩形截面，由通过焊接相连的线性长度(T1-T4)形成的金属结构。

9.根据权利要求8所述的钎焊站，其中所述感应器(11)的金属结构具有正方形截面，其边长小于1cm。

10.根据权利要求8所述的钎焊站，其中场集中器(8)位于所述感应器(11)的角连接(A)的水平。

11.根据权利要求6所述的钎焊站，其中所述加压工具由一夹紧顶端(16)制成，该夹紧顶端具有绝缘指(18)，所述绝缘指配备有弹簧(19)，所述弹簧对待钎焊零件中的一个的一侧施加压力，以在整个两个零件(3，4)上应用一确定的和大致恒定的约束。

12.根据权利要求6所述的钎焊站，其中压缩空气喷嘴(15a，15b)位于接近待钎焊零件(3，4)的位置，以加速冷却。

13.一种多钎焊站，包括根据权利要求6-12中任何一项所述的一个站的多个感应器，其特征在于，它能够同时钎焊一单独零件的不同接缝。

14.根据权利要求13所述的多钎焊站，其中发电机、变压器和控制器对于所有工具共用。