專利名稱：基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接裝置和方法，具體涉及一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置和方法。
背景技術(shù)：
擴(kuò)散焊接接頭高溫性能優(yōu)良，適合于化學(xué)性能相差較大的異種材料連接，如陶瓷和金屬的連接等。盡管其焊接時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)焊件表面制備和裝配要求較高，但在航空航天、核工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。非金屬和金屬擴(kuò)散焊接的關(guān)鍵是如何·控制焊接殘余應(yīng)力。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了較為廣泛的研究。為了控制焊接殘余應(yīng)力常在固相擴(kuò)散焊接頭插入中間層(冀小強(qiáng)，等.用Zr/Nb復(fù)合中間層連接SiC陶瓷與Ni基高溫合金[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2002，30(3) :305-310.)。但插入中間層方法無(wú)法回避一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，那就是連接材料和被連接材料都必須經(jīng)歷完全相同的焊接熱循環(huán)，這就不可避免在焊接接頭中易形成較高的殘余應(yīng)力場(chǎng)。對(duì)此，日本的Yasuhiro FUKAYA等人采用脈沖大電流對(duì)Al2O3陶瓷和SUS304進(jìn)行了擴(kuò)散焊研究。首先通過(guò)釬焊方法在Al2O3陶瓷、SUS304待連接面預(yù)置Ag、Cu薄膜，之后對(duì)Al2O3陶瓷/Ag薄膜與Ag薄膜/SUS304、A1203陶瓷/Cu薄膜與Cu薄膜/SUS304之間進(jìn)行脈沖大電流加壓擴(kuò)散焊，結(jié)果表明Al2O3陶瓷側(cè)開(kāi)裂現(xiàn)象得到明顯改善(YasuhiroFUKAYA, Yasuhisa0KUM0T0，Aki hiko IKUTA,Hidenori KUROKI，BondingAl2O3 to SUS304 By Pulse CurrentHeated Bonding atfer Brazing Ag, Cu Thin plateto Al2O3, SUS304,焊接學(xué)會(huì)論文集，第19卷，第二號(hào)，p. 336-344(2001)。專利(申請(qǐng)?zhí)?01010233919. 7)，提出了一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的SPS連接方法，整個(gè)焊件環(huán)境溫度由單一的石墨加熱體提供，且焊接參數(shù)選取較大，升溫速率6(T200°C /min、連接溫度100(Γ 100 ，容易使工件內(nèi)部產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，降低接頭力學(xué)性能。以上研究雖然對(duì)非金屬和金屬擴(kuò)散焊接降低接頭殘余應(yīng)力起到了積極作用，但仍存在以下不足之處對(duì)于常規(guī)擴(kuò)散焊在非金屬和金屬之間插入中間層，往往需要提高連接溫度和壓力，同時(shí)非金屬、中間層、金屬都必須經(jīng)歷完全相同的焊接高溫?zé)嵫h(huán)；對(duì)于簡(jiǎn)單地將脈沖大電流產(chǎn)生的電阻熱施加于非金屬/中間層/金屬擴(kuò)散焊接全過(guò)程，那么勢(shì)必造成焊接加熱和冷卻速率難以控制，由于非金屬與金屬之間熱膨脹系數(shù)、彈性模量等熱物理性能參數(shù)相差懸殊，在焊接冷卻過(guò)程同樣會(huì)引發(fā)較高的殘余應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置和方法，能有效降低擴(kuò)散焊溫度，實(shí)現(xiàn)非金屬工件和金屬工件在擴(kuò)散焊接過(guò)程中的同步伸縮。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明米用的第一種技術(shù)方案為一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，從上到下依次設(shè)有壓力控制裝置、壓頭、上絕緣墊塊、上電極壓桿、下電極壓桿、下絕緣墊塊和支撐臺(tái)，所述上電極壓桿和下電極壓桿之間為焊接工件(即金屬工件、中間層和非金屬工件)，所述焊接工件從上到下依次為金屬工件、中間層和非金屬工件或非金屬工件、中間層和金屬工件，還包括第一石墨發(fā)熱體、金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置、第一石墨發(fā)熱體電源、第二石墨發(fā)熱體、第二石墨發(fā)熱體電源和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置，所述第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體分別設(shè)在金屬工件和非金屬工件旁，所述金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置分別通過(guò)第一石墨發(fā)熱體電源和第二石墨發(fā)熱體電源連接第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體所述金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置分別檢測(cè)金屬工件和非金屬工件周邊環(huán)境的溫度，控制第一石墨發(fā)熱體電源和第二石墨發(fā)熱體電源的電流。優(yōu)選的，還包括大電流脈沖電源，所述大電流脈沖電源連接上電極壓桿和下電極壓桿。更優(yōu)選的，所述大電流脈沖電源為數(shù)控單脈沖電源。優(yōu)選的，所述壓頭、上絕緣墊塊、上電極壓桿、焊接工件、下電極壓桿、下絕緣墊塊、支撐臺(tái)、第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體置于真空擴(kuò)散爐中。優(yōu)選的，所述第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體的形狀為空心圓腔，且所述第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體分別環(huán)繞金屬工件和非金屬工件。優(yōu)選的，所述壓力控制裝置采用液壓控制。本發(fā)明采用的第二種技術(shù)方案為一種利用如上所述擴(kuò)散焊接裝置進(jìn)行擴(kuò)散焊接的方法，包括如下步驟步驟1:將焊接工件放入真空擴(kuò)散爐內(nèi)，金屬工件和非金屬工件分別置于第一石墨發(fā)熱體和第二石墨發(fā)熱體內(nèi)，中間層位于所述金屬工件和非金屬工件之間；步驟2 :使用上電極壓桿和下電極壓桿壓緊焊接工件，抽取真空擴(kuò)散爐內(nèi)的空氣，至真空擴(kuò)散爐內(nèi)達(dá)到f5X10_2Pa的真空狀態(tài)，之后分別接通第一石墨發(fā)熱體電源和第二石墨發(fā)熱體電源；步驟3 :接通大電流脈沖電源，通過(guò)上電極壓桿和下電極壓桿對(duì)焊接工件施加大電流脈沖，使得中間層與金屬工件和非金屬工件之間的界面微區(qū)形成瞬時(shí)液相薄膜層；步驟4 :卸載大電流脈沖，按照步驟2所述的條件繼續(xù)擴(kuò)散焊；步驟5 :切斷第一石墨發(fā)熱體電源和第二石墨發(fā)熱體電源，工件隨真空擴(kuò)散爐冷卻至室溫；撤除上電極壓桿和下電極壓桿對(duì)工件施加的壓力，完成擴(kuò)散焊接。優(yōu)選的，所述步驟2和步驟4中，上電極壓桿對(duì)焊接工件的壓力為l_3MPa ;所述步驟3中，上電極壓桿對(duì)焊接工件的壓力為5-10MPa。有益效果本發(fā)明使非金屬與金屬所處環(huán)境溫度獨(dú)立可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)非金屬和金屬在擴(kuò)散焊加熱和冷卻過(guò)程中的同步伸縮；通過(guò)控制大電流脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖群頻率，實(shí)現(xiàn)界面微區(qū)溫度迅速升高并形成瞬時(shí)液相薄膜層，以有效降低后續(xù)擴(kuò)散焊的溫度和壓力載荷；本發(fā)明控制手段靈活、使用方便，可廣泛應(yīng)用于物理和力學(xué)性能相差懸殊的異種材料擴(kuò)散焊接，如各種非金屬與金屬材料焊接等。


圖1為基于焊件局部環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為基于焊件局部環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接流程圖3為壓力控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明基于非金屬和金屬的熱膨脹系數(shù)、彈性模量等存在顯著差異的特點(diǎn)，使用兩個(gè)獨(dú)立的石墨發(fā)熱體為非金屬件和金屬件提供環(huán)境溫度，以實(shí)現(xiàn)非金屬和金屬在擴(kuò)散焊加熱和冷卻過(guò)程中的同步伸縮；擴(kuò)散焊初期在待連接界面施加低電壓大電流脈沖群，通過(guò)控制大電流脈沖群的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖群頻率，實(shí)現(xiàn)界面微區(qū)溫度迅速升高并形成瞬時(shí)液相薄膜層，以有效降低后續(xù)擴(kuò)散焊的溫度和壓力載荷；擴(kuò)散焊結(jié)束之后的冷卻階段，在確保非金屬和金屬同步伸縮的基礎(chǔ)上，根據(jù)工件實(shí)時(shí)溫度，通過(guò)壓力控制裝置，調(diào)節(jié)焊接過(guò)程施加的壓力，使之按照規(guī)定的數(shù)值變化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)焊接接頭殘余應(yīng)力和變形最小化。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明相關(guān)裝置包括如下部分金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置1、第一石墨發(fā)熱體2、上電極壓桿3、上絕緣墊塊4、壓力控制裝置5、壓頭6、金屬工件7、大電流脈沖電源8、中間層9、非金屬工件10、下電極壓桿11、支撐臺(tái)12、下絕緣墊塊13、非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置14、第二石墨發(fā)熱體電源15、第二石墨發(fā)熱體16、第一石墨發(fā)熱體電源17。所述的上電極壓桿3、下電極壓桿11具有導(dǎo)電功能，上電極壓桿3連接金屬工件7和大電流脈沖電源8的正極，下電極壓桿11連接非金屬工件12和大電流脈沖電源8的負(fù)極，所述的非金屬工件10、中間層11、金屬工件7、第二石墨發(fā)熱體16、第一石墨發(fā)熱體2、上電極壓桿3、上絕緣墊塊4、壓頭6、下電極壓桿11、支撐臺(tái)12和下絕緣墊塊13位于真空擴(kuò)散爐(未圖示)中(即圖中的虛線框所示部件位于真空擴(kuò)散爐中)，第一石墨發(fā)熱體電源17和第二石墨發(fā)熱體電源15分別為第一石墨發(fā)熱體2和第二石墨發(fā)熱體16供電。基于焊件局部環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接原理如下首先第一石墨發(fā)熱體電源17、第二石墨發(fā)熱體電源15分別為第一石墨發(fā)熱體2、第二石墨發(fā)熱體16供電，使之產(chǎn)生輻射熱，分別為金屬工件和非金屬工件提供合適的焊接環(huán)境溫度；然后大電流脈沖電源8對(duì)非金屬工件10、中間層9、金屬工件7施加可控的大電流脈沖；在壓力控制裝置5和壓頭6的作用下，上電極壓桿3對(duì)金屬工件7、中間層9、非金屬工件10施加壓力，需要加壓時(shí)，壓力控制裝置5根據(jù)壓力實(shí)時(shí)反饋值和給定值，計(jì)算壓力偏差，輸出控制電磁閥的開(kāi)度指令，實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)；在電阻熱、放電熱、輻射熱的共同作用下，中間層與金屬工件和非金屬工件的界面微區(qū)局部熔化并形成瞬時(shí)液相薄膜層，此時(shí)可以停止大電流脈沖的輸出；然后第一石墨發(fā)熱體電源17、第二石墨發(fā)熱體電源15繼續(xù)分別為第一石墨發(fā)熱體2、第二石墨發(fā)熱體16供電，從而持續(xù)提供輻射熱以維持?jǐn)U散焊的環(huán)境溫度。由于接觸面上晶格畸變、位錯(cuò)、空位等各種缺陷大量堆積，界面區(qū)能量顯著增加，原子處于高度激活狀態(tài)，因此只需進(jìn)行較短時(shí)間保溫，通過(guò)原子的短程擴(kuò)散即可完成焊接過(guò)程；由于擴(kuò)散焊接過(guò)程中非金屬和金屬實(shí)現(xiàn)了同步伸縮，同時(shí)大電流脈沖在界面微區(qū)形成的瞬時(shí)液相薄膜層有效降低了后續(xù)擴(kuò)散焊的溫度和壓力載荷，因此可以實(shí)現(xiàn)非金屬和金屬的低應(yīng)力小變形焊接。下面以金屬工件材料40Cr鋼、非金屬工件材料Ti (C、N)金屬陶瓷、中間層材料Cu粉+5%Ti粉(厚度2(Γ30μπι)為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明選用石墨體作為環(huán)境輻射熱源，石墨體材料為公開(kāi)技術(shù)；大電流脈沖電源8可選用數(shù)控單脈沖電源，脈沖頻率為1 50Ηζ，脈沖電流峰值為50(Γ800Α，基值電流45 55%;焊接環(huán)境溫度600 9001可控，非金屬工件材料11((，沁金屬陶瓷的環(huán)境溫度高于金屬工件材料40Cr鋼的環(huán)境溫度，外加壓力l 10MPa。參照?qǐng)D1，上電極壓桿3、上絕緣墊塊4、壓力控制裝置5、壓頭6相連；金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置I和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置14通過(guò)熱電偶分別檢測(cè)金屬工件和非金屬工件的局部環(huán)境溫度，并通過(guò)第一石墨發(fā)熱體電源17、第二石墨發(fā)熱體電源15分別為第一石墨發(fā)熱體2、第二石墨發(fā)熱體16供電，使之產(chǎn)生輻射熱，為金屬工件材料40Cr鋼和非金屬工件材料Ti (C、N)金屬陶瓷提供合適的焊接環(huán)境溫度，本實(shí)施例中，金屬工件材料40Cr鋼和非金屬工件材料Ti (C、N)金屬陶瓷的焊接環(huán)境溫度分別為700°C和800°C。參照?qǐng)D1、圖3，壓力控制裝置5中的滑塊512與壓頭6，為上電極壓桿3提供壓力來(lái)源，為了使焊接工件(即金屬工件、中間層和非金屬工件)所承受壓力可控，采用液壓控制方式。參照?qǐng)D2，基于焊件局部環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接過(guò)程如下(1)將打磨并用丙酮清洗的Ti (C，N)金屬陶瓷/Cu粉+5%Ti粉/40Cr鋼工件放入真空爐中，Ti (C，N)金屬陶瓷和40Cr鋼分別置于兩個(gè)石墨發(fā)熱體內(nèi)，Cu粉+5%Ti粉中間層位于Ti (C，N)金屬陶瓷與40Cr鋼之間。(2)抽取擴(kuò)散爐內(nèi)空氣至l 5X10_2Pa真空狀態(tài)，通過(guò)上電極壓桿對(duì)焊接工件施加預(yù)制壓力l_3MPa，之后分別接通兩個(gè)石墨體加熱電源，為焊接工件提供合適的環(huán)境溫度。(3)調(diào)整上電極壓桿對(duì)焊接工件的壓力為5-10MPa，通過(guò)上電極壓桿和下電極壓桿對(duì)焊接工件施加大電流脈沖，在大電流脈沖的作用下，Cu粉+5%Ti粉顆粒之間，以及Ti (C，N)金屬陶瓷與Cu粉+5%Ti粉、40Cr鋼/Cu粉+5%Ti粉之間，由于接觸電阻熱和放電熱效應(yīng)，溫度迅速升高直至形成液相，在毛細(xì)管力和外加擠壓力作用下，連接界面微區(qū)形成瞬時(shí)液相薄膜層；為了確保施加大電流脈沖階段界面能夠產(chǎn)生瞬時(shí)液相薄膜層，以及常規(guī)擴(kuò)散焊的需要，采用兩種施加壓力。即在只使用兩個(gè)石墨體加熱電源進(jìn)行焊接時(shí)壓力較大，而在施加大電流脈沖階段壓力較小，以確保產(chǎn)生足夠的電阻熱和放電熱，直至Cu粉+5%Ti粉全部熔化。(4)施加大電流脈沖后，一旦連接界面微區(qū)形成液相薄膜層，即可卸載大電流脈沖群，進(jìn)入恒溫恒壓的常規(guī)擴(kuò)散焊階段，上電極壓桿對(duì)焊接工件的壓力恢復(fù)為l_3MPa，該階段時(shí)間根據(jù)工件大小而定，其取值范圍為15飛Omin。(5)常規(guī)擴(kuò)散焊階段結(jié)束，切斷兩個(gè)石墨體加熱電源，工件隨爐冷卻至室溫；撤除預(yù)制壓力，完成整個(gè)擴(kuò)散焊接過(guò)程。在對(duì)界面溫度進(jìn)行控制時(shí)，大電流脈沖群的控制參數(shù)為群內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)η、脈沖群頻率f，n、f的作用及調(diào)節(jié)方法如下(1) η 的作用在焊接初始階段，由于界面局部為點(diǎn)接觸，電流密度較大，為了減少焊接應(yīng)力，需要控制界面升溫速率，所需要的η值較??；當(dāng)局部界面液相層形成后，點(diǎn)接觸減少，電流密度下降，界面電阻熱和放電熱逐漸減小，為了使界面繼續(xù)熔化，η值逐漸增大；在點(diǎn)接觸消失、界面液相薄膜層形成后，電流密度迅速下降，界面電阻熱和放電熱顯著減小，為了加快焊接進(jìn)程，仍然需要施加η較小的大電流脈沖群，峰值溫度維持一段時(shí)間后，關(guān)閉大電流脈沖群。
(2) f 的作用
當(dāng)η—定、f較大時(shí),單位時(shí)間內(nèi)的脈沖群個(gè)數(shù)增多,加熱速度較大；當(dāng)11 一定、f較小時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)的脈沖群個(gè)數(shù)較小，加熱速度降低。
參照?qǐng)D3，壓力控制裝置5主要組成部分如下油箱501、過(guò)濾器502、變量泵503、 溢流閥504、單向閥505、三位四通電磁換向閥506、調(diào)速閥507、單向順序閥508、單向閥 509、二位二通電磁換向閥510、液壓缸511、滑塊512、電磁繼電器513、行程開(kāi)關(guān)xkl、行程開(kāi)關(guān)xk2、行程開(kāi)關(guān)xk3。
滑塊512工作循環(huán)為快速下行一慢速加壓一保壓延時(shí)一慢速減壓一原位停止，具體實(shí)施方式
如下
(1)快速下行
電磁鐵IYA和3YA通電，電磁換向閥506和電磁換向閥510均換至右位。
進(jìn)油路變量泵503 —單向閥505 —電磁換向閥506 —調(diào)速閥507 —液壓缸511 上腔(無(wú)桿腔)；
回油路液壓缸511下腔有桿腔一電磁換向閥510 —液壓缸上腔(無(wú)桿腔)。
此時(shí)液壓缸滑塊512受自重影響會(huì)快速下降，采用差動(dòng)連接也保證了液壓缸511 上腔供油，以及滑塊512的快速下行。
(2)慢速接近工件和逐步加壓
滑塊上安置的擋鐵壓下行程開(kāi)關(guān)XK2時(shí)，電磁鐵3YA斷電，電磁換向閥510處于左位，單向閥509關(guān)閉。
進(jìn)油路變量泵503 —單向閥505 —電磁換向閥506 —調(diào)速閥507 —液壓缸511上腔(無(wú)桿腔)。
回油路液壓缸511下腔(有桿腔)一電磁換向閥510 —單向順序閥508 —油箱 501。
單向順序閥508使下腔建立起背壓，滑塊靠自重不能下降，變量泵503供給的壓力油使之下行。因?yàn)榛赜吐芬迅淖?，上腔供油速率降低，壓力升高減慢，活塞速度降低。當(dāng)滑塊511慢速接觸工件時(shí)，阻力(負(fù)載)急劇增加，調(diào)速閥流量減小，液壓缸活塞速度進(jìn)一步降低，以極慢的速度對(duì)工件加壓。
(3)保壓延時(shí)
當(dāng)液壓缸511工作壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，壓力繼電器513發(fā)出電氣控制信號(hào)，電磁鐵 IYA斷電，電磁換向閥506復(fù)中位，液壓缸進(jìn)回液腔封閉，變量泵503經(jīng)電磁換向閥506中位卸荷。保壓時(shí)間可由壓力繼電器513控制的時(shí)間繼電器調(diào)節(jié)。
(4) f曼速減壓
保壓結(jié)束后，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)使電磁鐵2YA通電，電液換向閥506切至左位。
進(jìn)油路變量泵503 —電磁換向閥506 —單向閥509 —電磁換向閥510 —液壓缸 511下腔(有桿腔)。
回油路液壓缸511上腔(無(wú)桿腔)一調(diào)速閥507 —電磁換向閥506 —油箱。
說(shuō)明通過(guò)控制調(diào)速閥的流速控制液壓缸活塞回程速率，從而控制工件減壓速率。
(5)停止
液壓缸位于其反向行程末端時(shí)，擋鐵下壓行程開(kāi)關(guān)XK1，電磁鐵2YA斷電，電液換向閥506處于中位，液壓缸被鎖而停止。變量泵503此時(shí)處于卸荷`狀態(tài)。在使用中，可隨時(shí)手動(dòng)控制2YA斷電，使液壓缸隨時(shí)處于停止?fàn)顟B(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，從上到下依次設(shè)有壓力控制裝置(5)、壓頭(6)、上絕緣墊塊(4)、上電極壓桿(3)、下電極壓桿(11)、下絕緣墊塊(13)和支撐臺(tái)(12)，所述上電極壓桿(3)和下電極壓桿(11)之間為焊接工件，所述焊接工件從上到下依次為金屬工件(7)、中間層(9)和非金屬工件(10)或非金屬工件(10)、中間層(9)和金屬工件(7)，其特征在于還包括第一石墨發(fā)熱體(2)、金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(I)、第一石墨發(fā)熱體電源(17)、第二石墨發(fā)熱體(16)、第二石墨發(fā)熱體電源(15)和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(14)，所述第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)分別設(shè)在金屬工件(7)和非金屬工件(10)旁，所述金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(I)和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(14)分別檢測(cè)金屬工件(7)和非金屬工件(10)周邊環(huán)境的溫度，所述金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(I) 和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置(14)分別通過(guò)第一石墨發(fā)熱體電源(17)和第二石墨發(fā)熱體電源(15)連接第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于還包括大電流脈沖電源(8)，所述大電流脈沖電源(8)連接上電極壓桿(3)和下電極壓桿(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于所述壓頭￠)、上絕緣墊塊(4)、上電極壓桿(3)、焊接工件、下電極壓桿(11)、下絕緣墊塊(13)、支撐臺(tái)(12)、第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)置于真空擴(kuò)散爐中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于所述第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)的形狀為空心圓腔，且所述第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)分別環(huán)繞金屬工件(7)和非金屬工件(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，其特征在于所述壓力控制裝置(5)采用液壓控 制。
6.一種利用如權(quán)利要求2所述擴(kuò)散焊接裝置進(jìn)行擴(kuò)散焊接的方法，包括如下步驟步驟1:將焊接工件放入真空擴(kuò)散爐內(nèi)，金屬工件(7)和非金屬工件(10)分別置于第一石墨發(fā)熱體(2)和第二石墨發(fā)熱體(16)內(nèi)，中間層(9)位于所述金屬工件(7)和非金屬工件(10)之間；步驟2 :使用上電極壓桿(3)和下電極壓桿(11)壓緊焊接工件，抽取真空擴(kuò)散爐內(nèi)的空氣至真空狀態(tài)，之后分別接通第一石墨發(fā)熱體電源(17)和第二石墨發(fā)熱體電源(15)；步驟3 :接通大電流脈沖電源(8)，通過(guò)上電極壓桿(3)和下電極壓桿(11)對(duì)焊接工件施加大電流脈沖，使得中間層(9)與金屬工件(7)和非金屬工件(10)之間的界面微區(qū)形成瞬時(shí)液相薄膜層；步驟4 :卸載大電流脈沖，按照步驟2所述的條件繼續(xù)擴(kuò)散焊；步驟5 :切斷第一石墨發(fā)熱體電源(17)和第二石墨發(fā)熱體電源(15)，工件隨真空擴(kuò)散爐冷卻至室溫；撤除上電極壓桿(3)和下電極壓桿(11)對(duì)工件施加的壓力，完成擴(kuò)散焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種利用如權(quán)利要求2所述擴(kuò)散焊接裝置進(jìn)行擴(kuò)散焊接的方法，其特征在于所述步驟2和步驟4中，上電極壓桿(3)對(duì)焊接工件的壓力為l_3MPa;所述步驟3中，上電極壓桿(3)對(duì)焊接工件的壓力為5-10MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接裝置，從上到下依次設(shè)有壓力控制裝置、壓頭、上絕緣墊塊、上電極壓桿、下電極壓桿、下絕緣墊塊和支撐臺(tái)，所述上電極壓桿和下電極壓桿之間為焊接工件，所述焊接工件從上到下依次為金屬工件、中間層和非金屬工件或非金屬工件、中間層和金屬工件，還包括第一石墨發(fā)熱體、金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置、第一石墨發(fā)熱體電源、第二石墨發(fā)熱體、第二石墨發(fā)熱體電源和非金屬環(huán)境溫度測(cè)控裝置。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于局部焊件環(huán)境溫度獨(dú)立控制的擴(kuò)散焊接方法。本發(fā)明能有效降低擴(kuò)散焊溫度，實(shí)現(xiàn)非金屬工件和金屬工件在擴(kuò)散焊接過(guò)程中的同步伸縮。
文檔編號(hào)B23K11/36GK103028828SQ201210447838
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者吳銘方, 陳書錦, 吳云凱, 王斐 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)