藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠及其焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，包括金屬電極、若干組U形鎢桿和定位鎢桿形成的籠體，U形鎢桿開(kāi)口端的桿腳與銅電極連接固定，定位鎢桿固定于U形鎢桿的長(zhǎng)度方向上。金屬電極與U形鎢桿之間焊接或者焊接加螺釘緊固的連接方式，U形鎢桿與定位鎢桿的交叉點(diǎn)處采用焊接或者焊接和鎢錸絲捆扎交替的連接方式。U形鎢桿與銅電極之間直接焊接或者采用銅基焊料焊接為一體，U形鎢桿與半圓環(huán)鎢桿的交叉點(diǎn)處采用鎢基金屬做焊料焊接為一體?；\體在受熱時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免了現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)螺釘松掉影響發(fā)熱籠使用的缺陷和高溫下鎢錸絲軟化后不能完全承受籠體中物料重量而需要重新捆扎的缺陷。提高了發(fā)熱籠的生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了發(fā)熱籠的使用壽命。
【專利說(shuō)明】藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠及其焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種藍(lán)寶石單晶爐用鎢發(fā)熱籠，特別涉及一種各零件之間采用焊接結(jié)構(gòu)的鎢發(fā)熱籠及各零件之間的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]藍(lán)寶石單晶爐熱場(chǎng)用的發(fā)熱組件通常為源于俄羅斯技術(shù)的鳥(niǎo)籠式鎢桿加熱器，一般稱之為發(fā)熱籠。發(fā)熱籠由一對(duì)半圓形的銅電極、若干組U形鎢桿、數(shù)組半圓鎢桿組成；其中的U形鎢桿為電阻式發(fā)熱單元，其兩端分別固聯(lián)在兩個(gè)銅電極上；半圓鎢桿則對(duì)U形鎢桿起定位、固定作用。
[0003]目前U形鎢桿與半圓鎢桿的聯(lián)結(jié)普遍采用源于俄羅斯技術(shù)的鎢錸絲捆扎法。在2100°C以上的高溫下，絲徑0 0.3~0.5mm的鎢錸絲會(huì)變得很軟，靠軟化了的鎢錸絲的捆扎力來(lái)支撐籠體數(shù)十公斤的重量十分勉強(qiáng)，往往燒一、兩爐料便要更換所有的鎢錸絲，將發(fā)熱籠重新捆扎過(guò)。重扎發(fā)熱籠的過(guò)程不但費(fèi)錢費(fèi)事，還很容易將發(fā)熱鎢桿搞斷。
[0004]U形鎢桿與銅電極的聯(lián)結(jié)通常采用螺釘頂緊法，從使用效果看，往往燒上一兩爐料，螺釘便全松了，這是因?yàn)閱尉t工作溫度高，溫度變化范圍大，而銅、鎢、不銹鋼(螺釘通常為不銹鋼的)等幾種材料的熱膨脹系數(shù)差別`較大，在升溫和降溫過(guò)程中，螺孔絲扣因與螺桿伸縮程度不同而發(fā)生范性形變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種各零件之間采用焊接方式連接的鎢發(fā)熱籠體及其焊接方法，以提高鎢發(fā)熱籠體的使用壽命和生產(chǎn)效率。
[0006]本發(fā)明公開(kāi)了一種藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，包括金屬電極、若干組U形鶴桿和定位鶴桿形成的籠體，U形鶴桿開(kāi)口端的桿腳與銅電極連接固定,定位鶴桿固定于U形鎢桿的長(zhǎng)度方向上。所述構(gòu)成籠體的各件之間采用焊接連接固定。
[0007]所述金屬電極為銅電極，其與U形鎢桿之間采用惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接或者惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接加螺釘緊固的連接方式；
所述U形鎢桿與定位鎢桿的交叉點(diǎn)處采用惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接或者惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接和鎢錸絲捆扎交替的連接方式。
[0008]所述金屬電極上均布有用于所述U形鎢桿穿過(guò)的軸向插孔，其側(cè)壁上對(duì)應(yīng)各軸向插孔處有螺紋孔。
[0009]所述籠體為圓筒形籠體。
[0010]所述定位鎢桿為半圓環(huán)鎢桿，每組半圓環(huán)鎢桿包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)的外側(cè)有與所述銅電極上軸向插孔位置對(duì)應(yīng)、尺寸與U形鎢桿外徑匹配的圓弧形凹槽，用于固定各U形鶴桿。
[0011]本發(fā)明還公開(kāi)了前述藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠的焊接方法，包括以下步驟:1、將所述U形鎢桿的尾部與銅電極焊接為一體。直接用電弧燒灼露出于銅電極外面的U形鎢桿尾部，直到將其燒成半球形，使半球形下部的鎢桿自然與銅電極粘在一起，或者用銅基焊料將U形鎢桿和銅電極焊接為一體。
[0012]首先因?yàn)殂y、銅對(duì)各種金屬材料都有很好的浸潤(rùn)作用，特別是對(duì)鎢-銅焊接而言，兩者的熔點(diǎn)差高達(dá)兩千多度，在遠(yuǎn)低于鎢熔點(diǎn)的溫度下將其與另一金屬(這里為銅)焊接，唯有銀或銅有如此良好的浸潤(rùn)效果；其二因?yàn)殂y、銅有優(yōu)良的導(dǎo)電性。銅電極的作用為將電流導(dǎo)入U(xiǎn)形鎢桿，這個(gè)電流是很大的，可達(dá)幾千安培，因此兩者之間必須有良好的電接觸。
[0013]直接以電弧燒灼露出于銅電極外面的U形鎢桿尾部使U形鎢桿與銅電極粘在一起時(shí)，必須對(duì)銅電極進(jìn)行充分冷卻。
[0014]2、采用鎢基金屬做焊料和惰性氣體保護(hù)焊將所述U形鎢桿與半圓環(huán)鎢桿的交叉點(diǎn)處焊接為一體。
[0015]相對(duì)而言于鎢-銅焊接，鎢-鎢焊接不存在基體材料的巨大熔點(diǎn)差，因此對(duì)焊料的浸潤(rùn)性能不再苛刻，但是藍(lán)寶石單晶體的生長(zhǎng)溫度為2050°C，熔煉溫度更高，發(fā)熱籠作為其熱源，工作溫度估計(jì)在2500°C左右(實(shí)際試驗(yàn)或生產(chǎn)過(guò)程中，只能測(cè)出物料溫度，發(fā)熱籠因被遮擋而無(wú)法實(shí)測(cè)溫度，故只能估計(jì))。因此要求焊料能耐極高的溫度，還要在2500°C高溫下有較好的強(qiáng)度，這基本上只有鎢基金屬能夠勝任了。鎢-鎢焊接的溫度很高(可達(dá)六千度左右)，焊疤晶粒粗大，使材料變得很脆，常溫下的力度性能很差，這就要求我們?cè)阪u基金屬的范圍內(nèi)精選焊料，以改善焊疤在常溫下的力學(xué)性能，而鎢錸合金絲有良好的韌性，但是鎢錸絲很貴，于是以稀土摻雜鎢絲作為備選材料。
[0016]本發(fā)明將構(gòu)成發(fā)熱籠體的金屬電極和U形鎢桿之間采用焊接的連接方式使U形鎢桿的桿腳與金屬電極融為一體，或者在焊接后還加上螺釘緊固；將U形鎢桿與環(huán)形鎢桿的連接采用焊接的連接方式使兩者的各交叉點(diǎn)融為一體，或者采用花式焊接加上鎢錸絲捆扎交叉點(diǎn)的連接方式使各U形鎢桿定位。使籠體在受熱時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免了現(xiàn)有技術(shù)因不同材料之間熱膨脹系數(shù)差別較大而出現(xiàn)螺釘松掉影響發(fā)熱籠使用的缺陷，也避免了高溫下鎢錸絲軟化后不能完全承受籠體中物料重量而需要重新捆扎的缺陷。提高了發(fā)熱籠的生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了發(fā)熱籠的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的主視示意圖。
[0019]圖3為圖2的俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]優(yōu)選實(shí)施例，如圖1至圖3所示，本發(fā)明公開(kāi)的這種藍(lán)寶石單晶爐熱場(chǎng)用的焊接式鶴發(fā)熱籠。以外徑為500mm,高度為900mm的圓筒形鶴發(fā)熱籠為例,可由一對(duì)半圓環(huán)銅電極
1、六組共二十四根U形鎢桿2和五組半圓環(huán)鎢桿3，銅電極I上均勻分布四十八個(gè)插孔11，U形鎢桿2的桿腳插入各插孔11中，五組半圓環(huán)鎢桿3均布于U形鎢桿2的長(zhǎng)度方向上。二十四根U形鎢桿作為發(fā)熱元件，每根U形鎢桿可采用O 9.0mm的純鎢桿彎折加工而成，其底部的彎折形狀不一，有些設(shè)計(jì)有小彎，用來(lái)調(diào)節(jié)鎢桿的總長(zhǎng)度，使每根鎢桿的長(zhǎng)度差盡可能小，以便電流的均勻分布。每根U形鎢桿2的桿腳分別插入對(duì)應(yīng)銅電極I上的插孔11中形成圓形的發(fā)熱籠體，使U形鎢桿2的桿腳伸出銅電極I外表面約5mm的長(zhǎng)度。每組半圓環(huán)鎢桿3包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)可用06.0mm的鎢桿制作，其外側(cè)均勻分布四十八個(gè)弧型凹槽，位置對(duì)應(yīng)于銅電極I上的四十八個(gè)插孔11，用于使U形鎢桿2定位；外環(huán)可用0 4.0mm的鶴桿制作。
[0021]U形鎢桿2與銅電極I之間可采用焊接或者焊接加螺釘緊固的連接方式。它們之間的焊接材料可采用銀含量為1%~30% (質(zhì)量)的銀銅焊絲或者純銅焊絲。
[0022]具體焊接方法如下:將各組U形鎢桿2的兩桿腳分別穿過(guò)銅電極I上相應(yīng)的插孔11形成圓形的籠體。開(kāi)啟氬弧焊機(jī)，調(diào)節(jié)好氬氣流量和電流值，電流值調(diào)到IOOA左右，可根據(jù)操作實(shí)際情況調(diào)整。起弧后，以電弧燒灼U形鎢桿2伸出于銅電極I外表面的桿腳，將焊絲送入電弧區(qū)熔化焊料，再用電弧及氬氣氣流將熔化的焊料吹開(kāi)散置于桿腳外的插孔11中，使桿腳與銅電極I融為一體。
當(dāng)U形鎢桿2與銅電極I之間采用焊接加螺釘緊固的連接方式時(shí)，在銅電極I的側(cè)壁上對(duì)應(yīng)各U形鎢桿2的桿腳處開(kāi)設(shè)螺紋孔，將U形鎢桿2的各桿腳與銅電極I上的插孔11焊接為一體后，在螺紋孔中擰入相應(yīng)的螺釘緊固即可。
[0023]U形鎢桿2與銅電極I之間還可以直接用電弧燒灼露出于銅電極I外面U形鎢桿2的尾部，直到將其燒成半球形，半球形下部的鎢桿自然與銅電極I粘在一起。
[0024]首先因?yàn)殂y、銅對(duì)各種金屬材料都有很好的浸潤(rùn)作用，特別是對(duì)鎢-銅焊接而言，兩者的熔點(diǎn)差高達(dá)兩千多度，在遠(yuǎn)低于鎢熔點(diǎn)的溫度下將其與另一金屬(這里為銅)焊接，唯有銀或銅有如此良好的浸潤(rùn)效果；其二因?yàn)殂y、銅有優(yōu)良的導(dǎo)電性。銅電極的作用為將電流導(dǎo)入U(xiǎn)形鎢桿，這個(gè)電流是很大的，可達(dá)幾千安培，因此兩者之間必須有良好的電接觸。
[0025]直接以電弧燒灼露出于銅電極外面的U形鎢桿尾部使U形鎢桿與銅電極粘在一起時(shí)，必須對(duì)銅電極進(jìn)行充分冷卻。
[0026]U形鎢桿2與半圓環(huán)鎢桿3的連接可以采用焊接或者焊接加捆扎的方式。它們之間的焊接材料采用錸含量為1%~30%的鎢錸絲，或者采用稀土摻雜鎢絲的焊料，其中稀土的含量為0.1%~3.0%，或者采用純鎢絲作為焊接材料。具體焊接方法如下:先將半圓環(huán)鎢桿3的外環(huán)與內(nèi)環(huán)配好，將同一圈半圓環(huán)鎢桿2與U形鎢桿I的所有交叉點(diǎn)處均焊接為一體；當(dāng)采用焊接加捆扎的方式時(shí)，交叉點(diǎn)的焊接數(shù)量按每隔兩個(gè)交叉點(diǎn)焊接一個(gè)交叉點(diǎn)均布，先將半圓環(huán)鎢桿3的外環(huán)與內(nèi)環(huán)配好，將要捆扎的交叉點(diǎn)用(60.5mm的鎢錸絲捆扎好，然后將要焊接的點(diǎn)進(jìn)行焊接，這樣每一圈四十八個(gè)交叉點(diǎn)中，十六個(gè)點(diǎn)焊接，三十二個(gè)點(diǎn)捆扎。焊接時(shí)，開(kāi)啟氬弧焊機(jī)，調(diào)節(jié)好氬氣流量和電流值，電流值調(diào)到300A左右，可根據(jù)操作實(shí)際情況調(diào)整。起弧后，以電弧燒灼U形鎢桿與半圓環(huán)鎢桿的交叉點(diǎn)，然后將(61.5mm的鎢錸絲作為焊料送入電弧區(qū)，依次將各交叉點(diǎn)處焊接為一體。
[0027]相對(duì)而言于鎢-銅焊接，鎢-鎢焊接不存在基體材料的巨大熔點(diǎn)差，因此對(duì)焊料的浸潤(rùn)性能不再苛刻，但是藍(lán)寶石單晶體的生長(zhǎng)溫度為2050°C，熔煉溫度更高，發(fā)熱籠作為其熱源，工作溫度估計(jì)在2500°C左右(實(shí)際試驗(yàn)或生產(chǎn)過(guò)程中，只能測(cè)出物料溫度，發(fā)熱籠因被遮擋而無(wú)法實(shí)測(cè)溫度，故只能估計(jì))。因此要求焊料能耐極高的溫度，還要在2500°C高溫下有較好的強(qiáng)度，這基本上只有鎢基金屬能夠勝任了。鎢-鎢焊接的溫度很高(可達(dá)六千度左右)，焊疤晶粒粗大，使材料變得很脆，常溫下的力度性能很差，這就要求我們?cè)阪u基金屬的范圍內(nèi)精選焊料，以改善焊疤在常溫下的力學(xué)性能，而鎢錸合金絲有良好的韌性，但是鎢錸絲很貴，于是以稀土摻雜鎢絲作為備選 材料。
【權(quán)利要求】
1.一種藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，包括金屬電極、若干組U形鎢桿和定位鎢桿形成的籠體，U形鎢桿開(kāi)口端的桿腳與銅電極連接固定，定位鎢桿固定于U形鎢桿的長(zhǎng)度方向上，其特征在于:所述構(gòu)成籠體的各件之間采用焊接連接固定。
2.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，其特征在于:所述金屬電極為銅電極，其與U形鎢桿之間采用惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接或者惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接加螺釘緊固的連接方式。
3.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，其特征在于:所述U形鎢桿與定位鎢桿的交叉點(diǎn)處采用惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接或者惰性氣體保護(hù)電弧焊焊接和鎢錸絲捆扎交替的連接方式。
4.如權(quán)利要求2所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，其特征在于:所述金屬電極上均布有用于所述U形鎢桿穿過(guò)的軸向插孔，其側(cè)壁上對(duì)應(yīng)各軸向插孔處有螺紋孔。
5.如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，其特征在于:所述籠體為圓筒形籠體。
6.如權(quán)利要求5所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠，其特征在于:所述定位鎢桿為半圓環(huán)鎢桿，每組半圓環(huán)鎢桿包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，內(nèi)環(huán)的外側(cè)有與所述銅電極上軸向插孔位置對(duì)應(yīng)、尺寸與U形鎢桿外徑匹配的圓弧形凹槽，用于固定各U形鎢桿。
7.—種如權(quán)利要求1所述的藍(lán)寶石單晶爐用焊接式鎢發(fā)熱籠的焊接方法，包括以下步驟: . 1、將所述U形鎢桿的尾部與銅電極焊接為一體。直接用電弧燒灼露出于銅電極外面的U形鎢桿尾部，使鎢桿自然與銅電極粘在一起，或者用銅基焊料將U形鎢桿和銅電極焊接為一體。 . 2、采用鎢基金屬做焊料和惰性氣體保護(hù)焊將所述U形鎢桿與半圓環(huán)鎢桿的交叉點(diǎn)處焊接為一體。
【文檔編號(hào)】C30B29/20GK103614773SQ201310636727
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】楊吉, 付崇偉 申請(qǐng)人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司