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真空加压钎焊炉及其使用方法.pdf

  • 上传人:111****112
  • 文档编号:166877
  • 上传时间:2018-01-31
  • 格式:PDF
  • 页数:30
  • 大小:1.31MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN03807963.1

    申请日:

    2003.02.04

    公开号:

    CN1646250A

    公开日:

    2005.07.27

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    IPC分类号:

    B23K1/008; F27B7/06

    主分类号:

    B23K1/008; F27B7/06

    申请人:

    伊普森国际公司;

    发明人:

    W·米滕; L·奥林; W·麦克维

    地址:

    美国伊利诺伊州

    优先权:

    2002.02.05 US 60/354,793

    专利代理机构:

    中国专利代理(香港)有限公司

    代理人:

    杨松龄

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    内容摘要

    本发明公开了一种对大金属零件进行钎焊的真空热处理炉。这种真空炉包括具有圆筒形侧壁和门的压力容器,门的尺寸和位置设计成可封闭圆筒形侧壁的一端。工件处理系统安装在压力容器门上,用来支承金属工件进行热处理或钎焊。工件处理系统包括使工件在处理过程中转动的装置。真空系统可连接到工件,使工件内部的压力在钎焊过程中低于大气压。

    权利要求书

    1: 一种对大金属零件进行钎焊的真空热处理炉,包括: 压力容器,具有圆筒形侧壁和门,所述门的尺寸和位置设计成 可封闭所述圆筒形侧壁的一端; 绝热罩,布置在所述压力容器内,所述绝热罩中形成热区; 若干个电热元件,安装在所述绝热罩的所述热区中; 工件处理系统,安装在所述压力容器门上,用来支承金属工件, 所述工件具有第一部分和第二部分,当装配在一起时其间形成间隔 区;和 第一真空系统,与所述压力容器相连,可将包括所述热区的所 述压力容器内部抽成真空。
    2: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,其特征在于,所述工 件处理系统包括使所述门相对于所述压力容器运动的输送装置,从 而可以打开和关闭所述压力容器。
    3: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,其特征在于,所述工 件处理系统包括可使所述工件在所述真空热处理炉内转动的装置。
    4: 根据权利要求3所述的真空热处理炉,其特征在于,所述工 件转动装置包括: 旋转轴组件; 凸缘,安装在所述旋转轴组件的第一端,用于连接工件; 固定轴组件,固定在所述压力容器门上,用来支承所述旋转轴 组件;和 轴承装置,布置在所述旋转轴组件和所述固定轴组件之间,用 来使所述旋转轴组件更容易地相对所述固定轴组件转动。
    5: 根据权利要求4所述的真空热处理炉,其特征在于,所述旋 转轴组件包括在所述真空热处理炉的加热循环中冷却所述旋转轴组 件的装置。
    6: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,其特征在于,所述工 件处理系统包括可与工件连接的第二真空系统,因此可在所述工件 的所述间隔区形成低于大气压的压力。
    7: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,还包括用来使冷却气 体循环通过所述热区的装置。
    8: 根据权利要求7所述的真空热处理炉,其特征在于,所述冷 却气体循环装置包括: 设置在所述绝热罩的进气口; 设置在所述绝热罩的出气口; 围绕所述绝热罩的增压室,所述增压室具有入口增压部分和出 口增压部分,所述入口增压部分与所述进气口流体相通,而所述出 口增压部分与所述出气口流体相通; 用来迫使所述冷却气体进入所述入口增压部分并从所述出口增 压部分抽走所述冷却气体的装置;和 用来从所述冷却气体带走热量的装置。
    9: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,还包括将热量从所述 压力容器的所述圆筒形侧壁带走的装置。
    10: 根据权利要求1所述的真空热处理炉,还包括布置在所述 压力容器的所述圆筒形侧壁第二端的第二门。
    11: 根据权利要求10所述的真空热处理炉,其特征在于,所述 工件处理系统包括支承工件的细长轴,且所述第二门包括用来接受 所述细长轴一端的轴承装置,从而为所述工件提供附加支承。
    12: 根据权利要求10所述的真空热处理炉,还包括使所述第二 门相对所述压力容器移动的输送装置,从而所述压力容器可以在其 第二端打开和关闭。
    13: 根据权利要求10所述的真空热处理炉,还包括支承工件负 载的装载小车和用来使带有工件负载的装载小车通过所述压力容器 的所述圆筒形侧壁的所述第二端移入和移出所述炉子热区的装置。
    14: 一种对金属工件进行真空钎焊的方法,包括以下步骤: 提供具有第一部分和第二部分的工件,当装配在一起所述第一 部分和第二部分之间形成间隔区; 将所述工件固定在真空热处理炉门内的旋转支架上; 将所述装有工件的旋转支架移动到所述真空热处理炉中; 关闭并密封所述真空热处理炉的门; 将所述真空热处理炉抽成真空; 将所述工件加热到适合进行钎焊的高温;和 在加热所述工件时使所述工件和所述旋转支架一起转动。
    15: 根据权利要求14所述的方法,还包括在所述加热步骤中将 所述工件的所述间隔区抽成真空的步骤。
    16: 根据权利要求14所述的方法,包括在所述加热步骤中在所 述真空热处理炉中形成惰性气体正压力的步骤。
    17: 根据权利要求16所述的方法,其特征在于,所述形成正压 力的步骤包括形成大约2巴至6巴的惰性气体压力。
    18: 根据权利要求14所述的方法,还包括以下步骤: 在所述加热步骤将所述工件的所述间隔区抽成真空;和 在所述加热步骤所述真空热处理炉中形成惰性气体正压力。
    19: 根据权利要求18所述的方法,其特征在于,所述形成正压 力的步骤包括形成大约2巴至6巴的惰性气体压力。
    20: 根据权利要求14所述的方法,还包括以下步骤: 停止对所述工件的加热;然后 使所述工件从所述热处理温度冷却。
    21: 根据权利要求20所述的方法,其特征在于,所述冷却工件 的步骤包括以下步骤: 迫使惰性冷却气体通过所述真空热处理炉,使所述冷却气体带 走所述工件的热量;和 从所述冷却气体取走热量。

    说明书


    真空加压钎焊炉及其使用方法

        【技术领域】

        本发明涉及工业热处理的真空炉,具体涉及对大工件或大批量小工件进行钎焊的真空炉。

        背景技术

        已经知道真空炉可用来钎焊金属零件以形成整体或部件。已知的真空钎焊炉对于具有较小横断面的零件最为有效。非常大的金属体的真空钎焊十分复杂,其原因有两个:所钎焊零件的不均匀加热以及钎焊加工过程中难以使零件保持紧密接触。任一个因素都会导致低效的钎焊。因此,需要有一种能够解决这些问题的可钎焊非常大金属体的真空炉。

        为钎焊大零件而设计的真空炉是一个十分复杂的系统,其建造和维护都很昂贵。如果只有一种用途,这类炉子的高成本将对系统投资回收造成不利影响。因此,需要有一种不仅可钎焊大金属零件而且还能够进行其它类型热处理的真空炉。所以,希望有这样的真空热处理炉,其可以容纳不同类型的工件负载,并且能够对这些负载进行不同类型的热处理。

        【发明内容】

        根据本发明地真空钎焊炉及其使用方法可在很大程度上解决已知真空钎焊炉的缺陷。

        根据本发明的第一个方面,提供了一种大金属零件进行钎焊或热处理的真空炉。根据本发明的真空炉包括压力容器和绝热罩,所述压力容器具有圆筒形侧壁和门,门的尺寸和位置设计成可封闭圆筒形侧壁的一端,所述绝热罩设置在所述压力容器,并在其中形成热区。若干个电热元件安装在所述绝热罩的热区中。第一真空系统与压力容器相连,将包括所述热区的压力容器内部抽成真空。本发明的真空炉还包括安装在压力容器门上支承金属工件的工件处理系统,所述金属工件具有第一部分和第二部分,当装配在一起时其间形成间隔区。

        工件处理系统包括使所述门相对于压力容器移动的输送机构,因此可以打开和关闭压力容器。工件处理系统还具有使工件在真空热处理炉内转动的机构,因此工件在钎焊过程中能够均匀加热。此外,工件处理系统包括可与工件连接的第二真空系统,因此在工件间隔区中可形成低于大气压的压力,从而使进行钎焊的零件在钎焊过程中保持紧密接触。

        根据本发明的另一个方面,提供了一种对金属工件进行真空钎焊的方法。本发明的方法包括提供具有第一部分和第二部分的工件的步骤,所述第一部分和第二部分当装配在一起时在其间形成间隔区。将所述工件安装在真空热处理炉门内的旋转支架上。当把工件安装在旋转支架上之后,支架移动到真空热处理炉中,然后门被关闭并密封起来。真空热处理炉抽成真空,工件加热到适合进行钎焊的高温。在钎焊过程中,工件随旋转支架一起转动,因此受到均匀加热,本发明的方法最好包括在加热步骤将工件的间隔区抽成真空的步骤,从而使进行钎焊的零件在钎焊过程中保持紧密接触。

        【附图说明】

        通过阅读附图将更好地理解上述发明内容以及下面对本发明优选实施例所作的详细说明,附图中:

        图1是根据本发明的真空热处理炉的顶视图;

        图1A是显示图1炉中热区的构造特点的透视图;

        图2是图1真空热处理炉的工件处理系统的侧视图;

        图3是图1真空热处理炉的可旋转承载机构的侧视图;

        图4是图2所示可旋转承载机构的截面详图;

        图5是图1真空热处理炉的热区和增压室的示意图;

        图6是在图1所示真空热处理炉进行钎焊的金属工件的分解图;

        图7是根据本发明的真空热处理炉另一种布置方式的顶视图;

        图8是沿图7中8-8剖面看到的真空热处理炉的局剖侧视图;

        图9是沿图8中9-9剖面看到的真空热处理炉的局剖端视图;

        图10是图7真空热处理炉的局部侧视图;和

        图11是图7真空热处理炉的端视图,显示了第二门和装载小车。

        【具体实施方式】

        在根据本发明的真空钎焊炉的一优选实施例中,压力容器以水平方式布置。该压力容器是水冷式双重壁钢组件。所述真空钎焊炉设有第一和第二抽真空系统。第一抽真空系统与炉腔相连,而第二抽真空系统可与工件内腔相连。这两个抽真空系统是互相独立的并具有足够的能力,因此不需要进行多次回填和泵空/净化过程。

        工件最好装在旋转机构上,该旋转机构可在加工过程中在真空炉内支承并转动所述工件。旋转机构安装在形成炉腔出入口的门上。门和旋转机构支承在自带动力的输送机构上。输送机构还包括电连接和机械连接机构,供操作旋转机构所需的仪器和设备使用。门、旋转机构和输送机构的组合构成本发明真空钎焊炉的工件处理系统。或者,对于加工过程中不需要转动的工件,可以在炉子热区中设置固定支架。

        根据本发明的真空钎焊炉还具有加热系统。加热系统最好包括石墨屏蔽的热区,带有电热的石墨加热元件。或者,形成热区屏蔽可以用陶瓷材料如氧化铝。另外,还可以用难熔金属如钼、钨或镍铬合金代替石墨来制造加热元件。热区中工件的加热是通过静态对流加热和直接向零件辐射来实现的,当需要时,可通过惰性气氛进行传导加热。应能够提供足够的电能使得重达大约2500磅的工件能够在大约三十(30)分钟内加热。

        还设有气体喷射系统,可在高达10巴的超大气压力下将惰性气体引入压力容器。通过对炉子压力容器的适当设计可以使用更高的压力。根据本发明的炉子还具有气体强制冷却系统,可在钎焊之后对工件进行可控冷却。气体强制冷却系统包括鼓风机、内外气道、包围炉子内热区的增压室、以及从冷却气体带走热量的热交换器。

        所述加热、真空、气体喷射、以及气体强制冷却系统由可编程序逻辑控制器(PLC)控制。操作接口是通过图形显示器以及触摸屏或键盘输入来实现的。通用计算机如台式个人电脑(PC)可用来观察炉子系统的工作情况。个人电脑远离每个系统控制柜,而且可以位于炉子的普通操作区或是在办公室中进行遥控。个人电脑可用来产生工艺循环的工作程序以及在工艺过程中存储、打印和处理来自炉子的数据。

        现在参考附图,这些附图中类似的参考数字表示相同的部件,具体参见图1和5,图中示出了根据本发明的真空加压钎焊炉10。真空炉10包括压力容器12,热区14设置在容器腔室中。真空炉10还包括可相对于压力容器12移动的工件处理系统20,因此系统20可相对于压力容器12在第一位置A和第二位置B之间移动。工件处理系统20包括压力容器12的主出入门21、在钎焊过程中支承和转动工件W的旋转机构30、以及使工件处理系统20移动的输送机构23。气体喷射系统与压力容器12相连,因此在处理过程中可以用惰性气体对容器腔室加压。

        真空加压钎焊炉10还包括连接到压力容器12的腔室的第一真空系统40,用来在加工过程中抽真空。工件处理系统20设有第二真空系统60,用来在加工过程中将工件W的内腔抽真空。另外,气体强制冷却系统50与容器腔室相连,在钎焊过程结束时帮助工件进行可控冷却。

        压力容器12最好是钢结构,并带有经机械加工的门密封法兰,而且在其一端具有完整的主出入门21以进入容器腔室。在压力容器12的另一端可以设有次出入门22作为容器腔室的辅助出入口。压力容器12具有双重钢壁以形成环状冷却夹套,冷却水在加热周期中可在其中循环。冷却水在冷却水储罐和压力容器12的环状冷却夹套之间重复循环以带走压力容器12表面的热量。通过这种方式,可使炉子外表面保持在对于操作人员来说安全的温度。出入门与冷却夹套一起制造并具有钢制的内外碟形头和机械加工的碳钢密封法兰。主出入门21的锁定机构具有高压釜结构,带有可旋转的锁紧环封盖。

        炉冷系统70用来冷却压力容器12和容器辅助系统及部件,从而保持容器的结构完整性并使操作人员处于安全工作环境。炉冷系统70使用单个冷却剂供应源(最好是水)和排水接头。炉冷系统70还包括调压控制器、子系统控制器、关闭阀、分流管、以及提供冷却液至压力容器12和相连系统所需的软管。压力容器12最好设有一个或多个卸压阀,可在冷却液压力超过预定工作极限时使冷却液分流到排水管中。还设有低温冷却液截止子系统,可在冷却周期中当冷却液达到预定温度范围比如大约300华氏(150摄氏度)时自动切断至压力容器的冷却液流。冷却液流的切断可防止在卸载和装载工件时容器腔室的内部产生冷凝作用。在下一炉开始时可恢复冷却液流。炉冷系统70最好是闭环系统以确保冷却液的质量。炉冷系统70最好包括冷却塔、贮存罐、水-水换热器和必需的泵、阀门及系统控制器。

        炉子热区14具有大体上是圆筒形侧壁和大体上是平面的前后端壁。前后端壁的尺寸可封闭热区端部,使得端壁与侧壁之间的连接处基本没有间隙。而且,为了使圆筒形部分与端壁紧密密封,所有渗透和连接处均用石墨纤维或其它适当的材料进行密封。而且,围绕圆筒形部分以及在端壁设有纵向金属片阻挡件。这样可使热区和工件由于炉子冷壁热损失而引起的对流和温差减到最小。热区中可以设有固定支架,用来在钎焊过程中支承工件。

        热区14包括加热元件和热绝缘体,用来提供均匀加热,及有效地利用电力和快速均匀地冷却。热区最好构造成可使加工过程中热区能够达到500华氏度至3000华氏度(260摄氏度至1648摄氏度)的温度。热绝缘体和加热元件支承在最好用多件不锈钢制成的热区支承结构上。加热元件最好用石墨或难熔金属制成,不仅安装在热区14的圆筒形部分中,而且还安装在热区14的端壁上。加热元件一般是平直的,但取决于热区的尺寸也可以是倾斜或弯曲的,以容纳大的工件。加热元件沿圆周布置而基本上完全围绕热区内部,使得能够以最佳方式均匀地将热量传输到负载上。加热元件用螺栓固定就位,便于在损坏的时候进行更换。加热元件可以分成两个或更多个可调区域,以在加热周期控制温度均匀性。通过调整供给加热元件的电能,热区中一部分相对另一部分能够产生更多或更少热量。加热元件支架设计成能容易地拆卸和安装。最好设计成转动1/4圈就能锁定或释放。美国专利No.4,559,631示出并介绍了一种加热元件,在本说明中是石墨加热元件,的典型构造及其支架,在此引用参考其全部说明和附图。

        热区14的热绝缘体部分最好由石墨板制成,其可带或不带有粘合的石墨片。这种内部热屏蔽垫有石墨毡绝缘材料。或采用刚性、半刚性或毡式氧化铝绝缘材料。热绝缘体支承在钢结构的冷却气体分配增压室。图1A中示出了热区绝缘体的一种优选布置方式。

        如上面所介绍的,加热元件可以连接形成多个加热区。根据本发明的真空钎焊炉具有温度控制系统,控制热区的工作温度以进行均匀加热或分区加热。每个加热区有一套热电偶。可以操作炉子使每个区具有不同的温度。这种构造方式能够根据需要将工件的不同部分加热至不同温度,尤其是对于形状不规则或两端横断面相差十分悬殊的零件。温度控制系统从设置在工件不同位置的热电偶接收温度信息。温度控制系统利用温度信息调节供给每个区域中加热元件的电能,从而控制工件各部分的温度。

        第一真空系统40包括低真空部分和高真空部分。低真空系统包括一个或多个通过自动控制蝶形阀与压力容器12相连的真空泵。低真空系统最好采用单个机械真空泵和鼓风机组件。对于较大的炉腔,泵送系统可以包括第二机械真空泵。高真空系统最好包括一个或多个扩散泵,通过直角全端口尺寸提升阀与腔室直接相连的。还包括较小的机械真空泵,在低真空部分工作时保持扩散泵的真空度。

        惰性气体注入系统包括回填部分和工作压力部分。气体回填部分和工作压力部分都通过适当的管道系统和阀门与惰性气体供应储罐相连。惰性气体最好是氩气或氮气。惰性气体源以能满足所要求工作压力的压力供应气体。举例来说,惰性气体源需要有大约275磅/平方英寸的压力使炉腔压力达到大约150磅/平方英寸。回填部分和工作压力部分相互独立,但是都从同一个气源供应惰性气体。两个手动开闭阀串联在气源的下游,用来将超高压的气体供应储罐与操作系统隔离。电磁控制的排气阀用来使气室压力在加工中止或发生安全问题时“清空”。

        气体回填系统具有在靠近压力容器12处设置的阀门。回填系统的阀门最好包括闸门型手动节流阀以控制回填操作的速度。在节流阀的下游设有常闭型的通/断电磁阀。电磁阀在全开位置(通)和全闭位置(断)之间工作。使用闸门型节流阀可手动调节回填速度。为了避免对工件和热区造成损坏,建议最好至少有60秒钟的回填时间。对于大的炉子来说,最小回填时间可以从1分钟至2分钟。回填电磁阀的操作由可编程逻辑控制器(PLC)控制。

        工作压力系统由两个独立的子系统构成:控制加工过程中压力增大的供应控制子系统,控制加工过程中压力减小的排气控制子系统。供应控制子系统包括控制最大供应速度的节流阀和控制气室压力的通/断电磁阀。节流阀是手动操作的,而电磁阀的工作由可编程逻辑控制器利用来自加工周期和气室压力仪器的输入信号来控制。对气体压力的升高,包括直线上升和保持,都在加工周期或工作程序中编程。

        通过与供应控制子系统分开的排气控制子系统来减小和/或保持气室压力(当由于气室和工作温度增加,压力增大超过给定值时)。气室压力通过通/断电磁阀和手动调节节流阀排放到设置炉子的建筑物外的大气中。通/断电磁阀是由炉子的可编程逻辑控制器利用来自加工周期程序和气室压力仪器的输入信号进行控制。

        工件处理系统20是一种多功能装置,可将工件装载到炉中及从炉子取出工件。该系统在钎焊过程中支承并使工件转动。可操作工件处理系统打开和关闭压力容器门21。如图2所示,工件处理系统20包括容器门21、用来支承和转动工件的旋转机构30、以及使工件处理系统20移动的输送机构23。旋转机构30具有旋转轴组件和固定轴组件。

        现在参考图3,旋转轴组件32包括最好用不锈钢制成的空心管。旋转轴组件32的一端带有凸缘34,可连接工件夹具。工件支承在工件夹具上。旋转轴组件32还包括连接到工件的真空管线、气体净化管线和热电偶线。旋转轴组件32支承在两个大轴承36a、36b上。旋转轴组件32还具有与冷却液(最好是水)源相连的内管,在加热过程中冷却旋转轴。冷却液流入旋转轴组件32的端部并通过沿其长度方向延伸的管道。冷却液通过旋转接头离开并循环回到冷却剂供应源。环状增压室设置在旋转轴组件32。管道与增压室相连,向下通过轴,连接到工件。

        固定轴组件31包括最好用碳钢管制成的不动轴。如图4所示,固定轴组件31可保持旋转轴承、工件真空系统的连接、以及真空/压力密封S的密封,其中真空/压力密封S将旋转轴与固定轴密封。压力和真空密封件可以用各种已知密封材料制成,最好是用通常称作特氟隆(TEFLON)的聚四氟乙烯制成。旋转轴和固定轴之间形成环形空腔33。该空腔充满了真空泵油以提供次级压力/真空密封。固定轴组件套有带外壁的外套。外套包括整体形成的凸缘,容器门可栓接到凸缘。冷却水在外套和固定轴之间的空腔中循环以冷却固定轴组件,因此可使炉子表面处于对操作人员安全的温度。

        旋转轴的转动通过链传动机构37来实现。旋转轴32具有固定其上的链轮39。链轮39通过链子(未示出)与变速齿轮减速器37′及马达37″相连,变速齿轮减速器37′和马达37″使旋转轴以预定速度转动。

        工件上的热电偶通过滑动环组件41与测量控制系统相连。

        现在参考图6,图中示出了能够在根据本发明的真空钎焊炉中进行钎焊的工件W的示例。工件W由要钎焊的内部构件I和外部构件O组成。在所示实施例中,内部构件I具有若干个凸起部分或突肋R,形成若干个间隙或凹进部分G。当把内部构件I装配到外部构件O中以形成工件W时,内外构件的配合产生若干个对于工件来说处于内部的空腔。第二真空系统60用来将工件的这些内部空腔抽成真空。

        回头参见图3,第二真空系统60通过穿过旋转轴组件32内部的两个真空管线与工件W相连。通过将真空管线焊接到工件上或者通过适当的真空密封机械连接,可使真空管线的第一端与工件W相连。工件抽真空系统的真空泵和真空阀位于炉腔外面并安装在支承旋转机构30的输送组件23上。工件抽真空系统最好包括机械真空泵和鼓风机组件。第二鼓风机可以设置在机械真空泵的上游。与旋转轴中真空管线的连接通过唇式密封件36实现。工件真空系统使得能够对工件内腔进行多次泵空/净化过程。

        旋转机构30还包括固定喷口371a、371b和旋转喷口372a、372b,旋转喷口通过在固定轴组件31和旋转轴组件32之间形成的环形流道373a、373b与固定喷口流体相通。工件上真空管线的第二端通过适当的真空密封连接件连接到旋转喷口372a、372b。

        旋转机构30通过门21物理连接到输送机构23。输送机构23具有平台24,如图2所示,上面安装有用于工件(第二)真空系统的真空泵。真空泵的动力接头、旋转轴气体冷却系统的气源接头、固定轴水冷系统的水源接头、以及工件热电偶的电源接头连接到适当的动力/控制柜,并由缆绳架25支承。

        输送机构23由电动机27′驱动,电动机通过齿轮箱27″与传动链27及链轮27″″相连。链轮27″″固定在驱动轮28上。限位开关用来控制沿各方向的最大移动距离。输送机构23最好在导轨29上移动。在导轨端部设有可靠的机械限动件,因此,如果电气控制系统不能正确工作也不会损坏工件和工件处理系统20。

        气体强制冷却系统50设计成在钎焊之后冷却工件,从而使工件的变形减到最小。气体强制冷却系统还有助于通过减少总的冷却时间使整个加工周期时间优化。钎焊零件的冷却可以通过静态气体和/或强制对流冷却气体来实现。主要的冷却步骤是用静态气体冷却工件直至钎焊材料固化。在钎焊材料固化后,强制对流冷却可提高冷却效率,从而缩短总的加工周期时间。

        静态冷却的实现是通过切断加热元件的电力从而使系统通过将热量辐射到压力容器壁来进行冷却。惰性气体通过与水冷压力容器壁的热交换进行冷却,在热区内部与增压室外部之间产生热对流,从而提高总的冷却速率。

        气体强制冷却系统利用压力大约6巴(约90磅/平方英寸)至大约5到7英寸汞真空度(-5英寸到-7英寸汞柱)的气体进行强制对流来冷却工件。可以选择冷却压力和时间并将其包括在加工周期程序中。在气体温度降低时通过按要求增加气体来保持冷却压力,可使冷却压力在整个冷却过程中维持不变。

        气体强制冷却系统50最好是再循环气体系统,包括由电动机驱动的涡轮鼓风机53。冷却气体被迫通过水冷的翅管热交换器54,其热交换能力最好为大约3,000,000英国热量单位(BTU)/小时。鼓风机和热交换器设在真空室的外面。鼓风机和热交换器在加热周期中通过水冷阀门与真空室隔离。或者,鼓风机和热交换器可以设置在炉子容器内。美国专利No.4,906,182示出并介绍了这样的内置鼓风机/热交换器构造方式的实例,在此引用参考其全部内容。

        如图5所示,增压室围绕在热区14周围。增压室具有前面部分15a和后面部分15b。增压室在热区14的端壁中具有若干个塞子16、17。可以操作塞子16、17使冷却气体能够沿箭头L方向流入和流出热区,从而使冷却气体流经工件W并带走热量。气体强制冷却系统包括入口51,冷却气体通过入口进入前增压室15a。还设有出口52,冷却气体穿过热区14之后通过出口离开后增压室部分15b。入口塞16安装在热区14的前端,而且可以在强制冷却过程中沿箭头“A”方向移动以形成从增压室到热区的开口。类似地,出口塞17安装在热区14的后端,而且可以在强制冷却过程中沿箭头“B”方向移动以形成从热区到增压室的开口。前后增压室部分15a、15b由环状间壁或隔板18隔开,以防止高温排出气体与进入的冷却气体混合。

        或者,可以将若干个气体注射喷嘴布置在热区周围,使得冷却气体能够从增压室喷射到热区内部。还可以设想将这类喷嘴设置在热区的端壁上,使得大量冷却气体能够进入或离开热区。在这种构造中,增压室构造成可防止进入的冷气体与排出的热气体混合。

        现在将介绍本发明的真空钎焊炉的典型工作顺序。当工件搬运组件处于位置A时,将工件W安装在旋转轴组件32上并固定到凸缘34。接着操作输送机构23将旋转机构30和门21移动到位置B,在该位置工件处于容器腔室内部且门法兰与容器法兰紧密配合。然后将门21锁定并加以密封。然后利用第一抽真空系统40将密封的压力容器12抽成真空。当达到所要求的真空度时,用氩气回填压力容器12。然后又将压力容器12抽成真空。

        接着利用第二抽真空系统60将工件内部抽真空。该真空度迫使外部构件O拉紧到内部构件I上以实现更牢固的钎焊。将氩气回填到工件的内部空腔,然后第二次将工件内部抽成真空。工件内部空腔抽真空和回填步骤可以按要求进行若干次。热区14中的加热元件通电,于是温度根据工作程序直线上升。同时,容器腔室由于惰性气体的加热而压力升高,可以根据需要偶尔喷入添加氩气。温度和压力持续增加,直至达到钎焊工件W所要求的温度和压力条件。适宜的温度和压力取决于工件尺寸和钎焊材料的种类。将工件保持在钎焊温度和压力下足够时间,以确保工件完全加热。

        后处理冷却是通过气体强制冷却系统来实现的。在钎焊的加热过程结束时,使炉腔排气而将气室压力降低到大约14磅/平方英寸。在加热过程中使冷却气体热交换器与鼓风机隔开的阀门打开,迫使腔室的任何残留气体经过工件从真空室门的增压室排到腔室后面的增压室中。接着利用鼓风机迫使气体通过水冷热交换器而返回到真空室门的供应增压室中。然后将压力容器加压到大气压力,于是可以打开压力容器将工件取出。

        现在参考图7-11,图中示出了根据本发明真空热处理炉110的第二个实施例。真空热处理炉110在结构上与前面介绍的类似。即真空炉110也包括一压力容器112,并具有其中的热区114。真空炉110还包括可相对于压力容器112移动的工件处理系统120,处理系统120可相对压力容器112在第一位置和第二位置之间移动。工件处理系统120包括压力容器112的第一出入门121、在钎焊过程中支承和转动工件的旋转机构130、以及移动工件处理系统120的输送机构123。气体喷射系统与压力容器112相连,因此在处理过程中可以用惰性气体对容器腔室加压。

        真空热处理炉110还包括连接到压力容器112的第一真空系统140,用来在加工过程中抽真空。工件处理系统120设有第二真空系统160,用来在加工过程中将工件内腔抽成真空。另外,气体强制冷却系统150与容器腔室相连,在加工过程结束时帮助工件进行可控冷却。

        炉冷系统170用来冷却压力容器112和容器辅助系统及部件,从而维持容器的结构完整性,并使操作人员处于安全工作环境。炉冷系统170使用单个冷却剂供应源(最好是水)和排水接头。炉冷系统170还包括调压控制器、子系统控制器、关闭阀、分流管、以及提供冷却液至压力容器112和相连系统所需的软管。

        除了上述特征之外,真空炉110还具有设置在压力容器的另一端与第一门121相对的第二门122。第二门具有高压釜的设计构造,当处于闭合位置时可使压力容器密封。第二门122支承在第二输送机构180上,第二输送机构180在结构上与第一输送机构123类似。第二输送机构180具有马达驱动装置182,可与输送机构180的轮子配合工作,使输送机构沿导轨181移动。如图7和11所示,导轨181的方向横向于压力容器112的纵向轴线,因此可以将第二门122移动到真空炉110的侧边,从而可无阻碍地进入压力容器112的内部。这种构造方式能够方便地装卸某一工件或成批工件。工件可以用移动装置如叉式起重车进行装卸。然而,还是设有装载小车190,用来将工件191装入真空炉110或是从真空炉110中取出。

        装载小车190包括台座192和驱动机构193。驱动机构193与装载小车190底部的轮子配合,使装载小车190沿导轨181移动。装载小车190包括支承导轨194,用来将工件负载191支承在固定于台座192顶部的轮子196上。现在参考图8和9,固定炉床198设置在炉子热区114内。固定炉床198包括若干个负载物支架200,其顶端固定有轮子202。

        在工作时,使装载有工件191的装载小车190沿导轨181移动,直至支承导轨194与固定炉床198上的轮子202对准。然后可以在与轮子202接合的支承导轨194上将工件负载191滚入热区114。工件负载191的取出与装载过程相反。

        当以旋转方式使用真空炉110时,如图8所示,有时候会发生工件W太重而不能只在一端进行支承的情况。因此,需要有附加支承来防止工件W以及支承工件的旋转轴下垂。为此,第二门122的内侧设有或安装有支承轴承185。支承轴承基本上位于第二门122的中心并设置成可接收支承轴187的一端。支承轴187的另一端与旋转机构130相连,因此支承轴在加工过程中可随旋转机构转动。支承轴承185中最好包括与支承轴187接触的支承衬套。

        所属领域的技术人员应当认识到在不脱离本发明广义原理的情况下可以对上述本发明的实施例作出各种修改或改进。因此,本发明并不限于在此公开的具体实施例,而是包括本发明范围内的所有修改和变化。举例来说,虽然已经示出并介绍了带有水平压力容器和工件处理系统的根据本发明的真空钎焊炉实施例,但是在另一实施例中,压力容器可以是沿竖直方向设置。在这种构造方式中,使用单个门来接近压力容器内部。

        通过上述说明,现在将更加清楚本发明的真空钎焊炉的一些优点。举例来说,已经介绍了这样的真空钎焊炉,其中工件能够以静止方式支承或者能够在钎焊过程中转动。工件转动可防止工件在钎焊温度升高时由于下垂而发生变形。工件的转动还使得能够均匀加热工件并均匀施加钎焊料而形成更坚固的钎焊接头。

        另外,已经介绍了这样一种真空钎焊炉,其中在将压力加到工件外部的同时,可以使工件的内部真空。这一特征也可以增加钎焊接头的均匀性和强度。此外,还提供了一种工件处理系统,可使炉子容器的开启和关闭以及工件的装卸更加容易。

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    真空 加压 钎焊 及其 使用方法
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