CN207710073U - 一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，属于金属材料焊接技术领域，包括位于加压装置的上下夹持端内侧的铜阳极和铜阴极，以及位于铜阳极和铜阴极内侧的石墨阳极、石墨阴极，石墨阳极、石墨阴极通过电极箍与加热脉冲电源相连，石墨阴极的上方放置有厚焊接件，厚焊接件的正上方从下至上依次放置有高温焊料、薄焊接件、防变形垫块，高温焊料的左右两侧分别设有柔性导电纸，柔性导电纸的上方设有低损耗垫块。总之，本实用新型具有设计合理，操作方便，结构简单，工艺参数易于控制，安全可靠等优点。

Description

一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置

技术领域

本实用新型属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置。

背景技术

随着大功率风力水力发电机组的发展，结构紧凑，稳固，发电机发电量载荷不断的刷新世界纪录(国内目前是5MW，国外正在研制6MW)，俨然成为后续清洁再生电力能源的发展趋势，然而其超大功率发电机绕组导电铜排由于其体型庞大，且更多处于实验研发阶段，与其相配套加工成型设备较少，且为保证焊接质量稳定性，目前主流方式多为石墨电极电阻扩散焊。

石墨电极中频电阻扩散焊，为两金属在一定压力下从电极端发热通过热传导至铜材再传导至焊料最终熔焊完成焊接的，无论是焊接点的形成过程或结合面的形成过程，其冶金问题都很简单，焊接时无需气体保护，原则上也不需使用焊丝、焊条等填充金属，便可获得质量较好的焊接接面，其焊接成本低。

但如果使用的焊料为高熔点(即设计焊料熔点为母材熔点接近约为80-85％左右)在焊接薄厚比＞3(假设厚度为H即：H1：H2＞3时)的搭接时，由于其热量从石墨端逐步传递到铜母材，再从铜母材传递到焊料，这样就有一个严重性的问题便是，当芯部高熔点焊料达到熔点开始熔化时，其和石墨电极接触的铜母材温度已经接近到铜熔点，在由于此焊接为压力试焊接，材料塌边变形严重一般大于等于薄焊接母材45％-50％左右，对于一些高精密运用领域这是一个严重问题，但如果为保证不变形，不施加压力那么会导致焊接面由于热导速率不同导致焊接局部空洞虚焊等致命质量缺陷现象。此缺陷更为严重，它不但影响了焊翅部位的机械力学承载能力，而且它会在内部空洞区域发生放电电弧，造成局部高温烧熔。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型提供一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置。

本实用新型的技术方案为：一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，包括铜阳极、石墨阳极、石墨阴极、铜阴极、加压装置、加热脉冲电源、薄焊接件、高温焊料、厚焊接件、低损耗垫块、防变形垫块、柔性导电纸；所述铜阳极和铜阴极分别连接在所述加压装置的上下夹持端内侧，所述石墨阳极与铜阳极的下表面相连，所述石墨阴极与铜阴极的上表面相连，且与石墨阳极上下相对，石墨阳极和石墨阴极分别通过电极箍与所述加热脉冲电源相连，电极箍相较于传统的点状电极，传热更加均匀，所述厚焊接件位于石墨阴极的上表面，所述薄焊接件位于厚焊接件上表面的中心位置，所述高温焊料位于薄焊接件和厚焊接件之间，柔性导电纸分别设置在高温焊料的左右两侧，所述低损耗垫块分别位于柔性导电纸上方，所述防变形垫块的下表面分别与低损耗垫块和薄焊接件的上表面相接，防变形垫块的上表面则与石墨阳极的下表面相接。

进一步地，所述高温焊料、薄焊接件、防变形垫块的厚度加起来等于所述厚焊接件的厚度，保证放电热扩散的到达待焊界面的距离相等，从而保证焊接时界面受热均匀。

进一步地，所述防变形垫块、低损耗垫块、柔性导电纸的厚度加起来等于所述薄焊接件的厚度，利用等同原理，可计算出低损耗垫块的厚度，即为可控形变量。

进一步地，所述防变形垫块和低损耗垫块的材质为钨合金，钨合金熔点高，且耐高温、抗蠕、导热、导电性能优良。

进一步地，所述柔性导电纸为石墨烯温度传感器，并通过导线连接有温度显示器，石墨烯温度传感器不仅柔性好，还具有良好的导电耐热性，既能够达到检测加热温度的作用，还能够对焊接件的微变形起到一定的校正作用。

本实用新型的工作方法包括以下步骤：

(1)将所述铜阳极和铜阴极呈上下相对安装在所述加压装置的上下夹持端内侧，再将石墨阳极和石墨阴极分别上下相对地安装在所述铜阳极和铜阴极的内侧，使上下对正，之后将所述电极箍分别卡套在石墨阳极和石墨阴极上，并与加热脉冲电源的正负极相连，通电查看热辐射是否正常；

(2)检测热辐射正常后断电，将所述厚焊接件放置到石墨阴极上，并在厚焊接件待焊表面的中心位置放置所述高温焊料；

(3)在高温焊料的左右两侧分别放置柔性导电纸；

(4)在高温焊料的上方放置所述薄焊接件，并将薄焊接件与高温焊料微调对正；

(5)在薄焊接件的上表面放置长度大于薄焊接件的防变形垫块；

(6)加压装置施加预制压力，从上至下压紧防变形垫块、薄焊接件、高温焊料与厚焊接件；

(7)在从薄焊接件左右两侧方向分别***低损耗垫块，至柔性导电纸与防变形垫块之间的缝隙内；

(8)再次通电，利用加热脉冲电源对石墨阳极和石墨阴极施加电流，在电阻热和放电热的扩散下高温焊料发生溶解，直至形成界面液相后，同时利用所述温度显示器观察实时温度，焊接断电，泄压，利用水冷却至室温，最后进行探伤检测。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型在在传统的扩散焊接装置上增加了防变形垫块、低损耗垫块和柔性导电纸三种辅助材料，其中，防变形垫块、低损耗垫块选用钨合金，钨合金熔点高，且耐高温、抗蠕、导热、导电性能优良，低损耗垫块用于保护焊接件不受磨损，而防变形垫块则防止焊接件在压力作用下发生大的形变；而柔性导电纸选用石墨烯温度传感器，石墨烯温度传感器不仅柔性好，还具有良好的导电耐热性，既能够达到检测加热温度的作用，还能够对焊接件的微变形起到一定的校正作用。此外，本实用新型采用电极箍代替传统的点状电极，传热更加均匀。总之，本实用新型具有设计合理，操作方便，结构简单，工艺参数易于控制，安全可靠等优点。

附图说明

图1是本实用新型焊接组件的主视结构示意图；

图2是本实用新型焊接组件的右视结构示意图。

其中，1-铜阳极、2-石墨阳极、3-石墨阴极、4-铜阴极、5-加压装置、6-加热脉冲电源、7-薄焊接件、8-高温焊料、9-厚焊接件、10-低损耗垫块、11-防变形垫块、12-柔性导电纸、13-电极箍、14-温度显示器。

具体实施方式

为便于对本实用新型技术方案的理解，下面结合附图1-2做进一步的解释说明，实施例并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1-2所示，一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，包括铜阳极1、石墨阳极2、石墨阴极3、铜阴极4、加压装置5、加热脉冲电源6、薄焊接件7、高温焊料8、厚焊接件9、低损耗垫块10、防变形垫块11、柔性导电纸12；其中，高温焊料8、薄焊接件7、防变形垫块11的厚度加起来等于厚焊接件9的厚度，保证放电热扩散的到达待焊界面的距离相等，从而保证焊接时界面受热均匀。其中，防变形垫块11、低损耗垫块10、柔性导电纸12的厚度加起来等于薄焊接件7的厚度，利用等同原理，可计算出低损耗垫块10的厚度，即为可控形变量。其中，防变形垫块11和低损耗垫块10的材质为钨合金，钨合金熔点高，且耐高温、抗蠕、导热、导电性能优良。其中，柔性导电纸12为石墨烯温度传感器，并通过导线连接有温度显示器14，石墨烯温度传感器不仅柔性好，还具有良好的导电耐热性，既能够达到检测加热温度的作用，还能够对焊接件的微变形起到一定的校正作用。

如图1-2所示，铜阳极1和铜阴极4分别连接在加压装置5的上下夹持端内侧，石墨阳极2与铜阳极1的下表面相连，石墨阴极3与铜阴极4的上表面相连，且与石墨阳极2上下相对，石墨阳极2和石墨阴极3分别通过电极箍13与加热脉冲电源6相连，电极箍13相较于传统的点状电极，传热更加均匀，厚焊接件9位于石墨阴极3的上表面，薄焊接件7位于厚焊接件9上表面的中心位置，高温焊料8位于薄焊接件7和厚焊接件9之间，柔性导电纸12分别设置在高温焊料8的左右两侧，低损耗垫块10分别位于柔性导电纸12上方，防变形垫块11的下表面分别与低损耗垫块10和薄焊接件7的上表面相接，防变形垫块11的上表面则与石墨阳极2的下表面相接。

本实施例的工作方法包括以下步骤：

(1)将铜阳极1和铜阴极4呈上下相对安装在加压装置5的上下夹持端内侧，再将石墨阳极2和石墨阴极3分别上下相对地安装在铜阳极1和铜阴极4的内侧，使上下对正，之后将电极箍13分别卡套在石墨阳极2和石墨阴极3上，并与加热脉冲电源6的正负极相连，通电查看热辐射是否正常；

(2)检测热辐射正常后断电，将厚焊接件9放置到石墨阴极3上，并在厚焊接件9待焊表面的中心位置放置高温焊料8；

(3)在高温焊料8的左右两侧分别放置柔性导电纸12；

(4)在高温焊料8的上方放置薄焊接件7，并将薄焊接件7与高温焊料8微调对正；

(5)在薄焊接件7的上表面放置长度大于薄焊接件7的防变形垫块11；

(6)加压装置5施加预制压力，从上至下压紧防变形垫块11、薄焊接件7、高温焊料8与厚焊接件9；

(7)在从薄焊接件7左右两侧方向分别***低损耗垫块10，至柔性导电纸12与防变形垫块11之间的缝隙内；

(8)再次通电，利用加热脉冲电源6对石墨阳极2和石墨阴极3施加电流，在电阻热和放电热的扩散下高温焊料8发生溶解，直至形成界面液相后，同时利用温度显示器14观察实时温度，焊接断电，泄压，利用水冷却至室温，最后进行探伤检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，其特征在于，包括铜阳极(1)、石墨阳极(2)、石墨阴极(3)、铜阴极(4)、加压装置(5)、加热脉冲电源(6)、薄焊接件(7)、高温焊料(8)、厚焊接件(9)、低损耗垫块(10)、防变形垫块(11)、柔性导电纸(12)；所述铜阳极(1)和铜阴极(4)分别连接在所述加压装置(5)的上下夹持端内侧，所述石墨阳极(2)与铜阳极(1)的下表面相连，所述石墨阴极(3)与铜阴极(4)的上表面相连，且与石墨阳极(2)上下相对，石墨阳极(2)和石墨阴极(3)分别通过电极箍(13)与所述加热脉冲电源(6)相连，所述厚焊接件(9)位于石墨阴极(3)的上表面，所述薄焊接件(7)位于厚焊接件(9)上表面的中心位置，所述高温焊料(8)位于薄焊接件(7)和厚焊接件(9)之间，柔性导电纸(12)分别设置在高温焊料(8)的左右两侧，所述低损耗垫块(10)分别位于柔性导电纸(12)上方，所述防变形垫块(11)的下表面分别与低损耗垫块(10)和薄焊接件(7)的上表面相接，防变形垫块(11)的上表面则与石墨阳极(2)的下表面相接。

2.如权利要求1所述的一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，其特征在于，所述高温焊料(8)、薄焊接件(7)、防变形垫块(11)的厚度加起来等于所述厚焊接件(9)的厚度。

3.如权利要求1所述的一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，其特征在于，所述防变形垫块(11)、低损耗垫块(10)、柔性导电纸(12)的厚度加起来等于所述薄焊接件(7)的厚度。

4.如权利要求1所述的一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，其特征在于，所述防变形垫块(11)和低损耗垫块(10)的材质为钨合金。

5.如权利要求1所述的一种低形变的石墨电极中频电阻扩散焊装置，其特征在于，所述柔性导电纸(12)为石墨烯温度传感器，并通过导线连接有温度显示器(14)。