本发明专利技术公开了一种基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，从上到下依次设有压力控制装置、压头、上绝缘垫块、上电极压杆、下电极压杆、下绝缘垫块和支撑台，所述上电极压杆和下电极压杆之间为焊接工件，所述焊接工件从上到下依次为金属工件、中间层和非金属工件或非金属工件、中间层和金属工件，还包括第一石墨发热体、金属环境温度测控装置、第一石墨发热体电源、第二石墨发热体、第二石墨发热体电源和非金属环境温度测控装置。本发明专利技术还公开了一种基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接方法。本发明专利技术能有效降低扩散焊温度，实现非金属工件和金属工件在扩散焊接过程中的同步伸缩。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种焊接装置和方法，具体涉及一种。
技术介绍
扩散焊接接头高温性能优良，适合于化学性能相差较大的异种材料连接，如陶瓷和金属的连接等。尽管其焊接时间较长，对焊件表面制备和装配要求较高，但在航空航天、核工程等领域具有广泛的应用前景。非金属和金属扩散焊接的关键是如何·控制焊接残余应力。近年来，国内外学者对此进行了较为广泛的研究。为了控制焊接残余应力常在固相扩散焊接头插入中间层(冀小强，等.用Zr/Nb复合中间层连接SiC陶瓷与Ni基高温合金[J].硅酸盐学报，2002，30(3) :305-310.)。但插入中间层方法无法回避一个关键问题，那就是连接材料和被连接材料都必须经历完全相同的焊接热循环，这就不可避免在焊接接头中易形成较高的残余应力场。对此，日本的Yasuhiro FUKAYA等人采用脉冲大电流对Al2O3陶瓷和SUS304进行了扩散焊研究。首先通过钎焊方法在Al2O3陶瓷、SUS304待连接面预置Ag、Cu薄膜，之后对Al2O3陶瓷/Ag薄膜与Ag薄膜/SUS304、A1203陶瓷/Cu薄膜与Cu薄膜/SUS304之间进行脉冲大电流加压扩散焊，结果表明Al2O3陶瓷侧开裂现象得到明显改善(YasuhiroFUKAYA, Yasuhisa0KUM0T0，Aki hiko IKUTA,Hidenori KUROKI，BondingAl2O3 to SUS304 By Pulse CurrentHeated Bonding atfer Brazing Ag, Cu Thin plateto Al2O3, SUS304,焊接学会论文集，第19卷，第二号，p. 336-344(2001)。专利(申请号201010233919. 7)，提出了一种不锈钢与氧化锆陶瓷的SPS连接方法，整个焊件环境温度由单一的石墨加热体提供，且焊接参数选取较大，升温速率6(T200°C /min、连接温度100(Γ 100 ，容易使工件内部产生很大的残余应力，降低接头力学性能。以上研究虽然对非金属和金属扩散焊接降低接头残余应力起到了积极作用，但仍存在以下不足之处对于常规扩散焊在非金属和金属之间插入中间层，往往需要提高连接温度和压力，同时非金属、中间层、金属都必须经历完全相同的焊接高温热循环；对于简单地将脉冲大电流产生的电阻热施加于非金属/中间层/金属扩散焊接全过程，那么势必造成焊接加热和冷却速率难以控制，由于非金属与金属之间热膨胀系数、弹性模量等热物理性能参数相差悬殊，在焊接冷却过程同样会引发较高的残余应力。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种，能有效降低扩散焊温度，实现非金属工件和金属工件在扩散焊接过程中的同步伸缩。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术米用的第一种技术方案为一种基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，从上到下依次设有压力控制装置、压头、上绝缘垫块、上电极压杆、下电极压杆、下绝缘垫块和支撑台，所述上电极压杆和下电极压杆之间为焊接工件(即金属工件、中间层和非金属工件)，所述焊接工件从上到下依次为金属工件、中间层和非金属工件或非金属工件、中间层和金属工件，还包括第一石墨发热体、金属环境温度测控装置、第一石墨发热体电源、第二石墨发热体、第二石墨发热体电源和非金属环境温度测控装置，所述第一石墨发热体和第二石墨发热体分别设在金属工件和非金属工件旁，所述金属环境温度测控装置和非金属环境温度测控装置分别通过第一石墨发热体电源和第二石墨发热体电源连接第一石墨发热体和第二石墨发热体所述金属环境温度测控装置和非金属环境温度测控装置分别检测金属工件和非金属工件周边环境的温度，控制第一石墨发热体电源和第二石墨发热体电源的电流。优选的，还包括大电流脉冲电源，所述大电流脉冲电源连接上电极压杆和下电极压杆。更优选的，所述大电流脉冲电源为数控单脉冲电源。优选的，所述压头、上绝缘垫块、上电极压杆、焊接工件、下电极压杆、下绝缘垫块、支撑台、第一石墨发热体和第二石墨发热体置于真空扩散炉中。优选的，所述第一石墨发热体和第二石墨发热体的形状为空心圆腔，且所述第一石墨发热体和第二石墨发热体分别环绕金属工件和非金属工件。优选的，所述压力控制装置采用液压控制。本专利技术采用的第二种技术方案为一种利用如上所述扩散焊接装置进行扩散焊接的方法，包括如下步骤步骤1:将焊接工件放入真空扩散炉内，金属工件和非金属工件分别置于第一石墨发热体和第二石墨发热体内，中间层位于所述金属工件和非金属工件之间；步骤2 :使用上电极压杆和下电极压杆压紧焊接工件，抽取真空扩散炉内的空气，至真空扩散炉内达到f5X10_2Pa的真空状态，之后分别接通第一石墨发热体电源和第二石墨发热体电源；步骤3 :接通大电流脉冲电源，通过上电极压杆和下电极压杆对焊接工件施加大电流脉冲，使得中间层与金属工件和非金属工件之间的界面微区形成瞬时液相薄膜层；步骤4 :卸载大电流脉冲，按照步骤2所述的条件继续扩散焊；步骤5 :切断第一石墨发热体电源和第二石墨发热体电源，工件随真空扩散炉冷却至室温；撤除上电极压杆和下电极压杆对工件施加的压力，完成扩散焊接。优选的，所述步骤2和步骤4中，上电极压杆对焊接工件的压力为l_3MPa ;所述步骤3中，上电极压杆对焊接工件的压力为5-10MPa。有益效果本专利技术使非金属与金属所处环境温度独立可调，以实现非金属和金属在扩散焊加热和冷却过程中的同步伸缩；通过控制大电流脉冲群的脉冲个数和脉冲群频率，实现界面微区温度迅速升高并形成瞬时液相薄膜层，以有效降低后续扩散焊的温度和压力载荷；本专利技术控制手段灵活、使用方便，可广泛应用于物理和力学性能相差悬殊的异种材料扩散焊接，如各种非金属与金属材料焊接等。附图说明图1为基于焊件局部环境温度独立控制的扩散焊接装置结构示意图；图2为基于焊件局部环境温度独立控制的扩散焊接流程图3为压力控制装置的结构示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术基于非金属和金属的热膨胀系数、弹性模量等存在显著差异的特点，使用两个独立的石墨发热体为非金属件和金属件提供环境温度，以实现非金属和金属在扩散焊加热和冷却过程中的同步伸缩；扩散焊初期在待连接界面施加低电压大电流脉冲群，通过控制大电流脉冲群的脉冲个数和脉冲群频率，实现界面微区温度迅速升高并形成瞬时液相薄膜层，以有效降低后续扩散焊的温度和压力载荷；扩散焊结束之后的冷却阶段，在确保非金属和金属同步伸缩的基础上，根据工件实时温度，通过压力控制装置，调节焊接过程施加的压力，使之按照规定的数值变化，进一步实现焊接接头残余应力和变形最小化。参见图1，本专利技术相关装置包括如下部分金属环境温度测控装置1、第一石墨发热体2、上电极压杆3、上绝缘垫块4、压力控制装置5、压头6、金属工件7、大电流脉冲电源8、中间层9、非金属工件10、下电极压杆11、支撑台12、下绝缘垫块13、非金属环境温度测控装置14、第二石墨发热体电源15、第二石墨发热体16、第一石墨发热体电源17。所述的上电极压杆3、下电极压杆11本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，从上到下依次设有压力控制装置(5)、压头(6)、上绝缘垫块(4)、上电极压杆(3)、下电极压杆(11)、下绝缘垫块(13)和支撑台(12)，所述上电极压杆(3)和下电极压杆(11)之间为焊接工件，所述焊接工件从上到下依次为金属工件(7)、中间层(9)和非金属工件(10)或非金属工件(10)、中间层(9)和金属工件(7)，其特征在于：还包括第一石墨发热体(2)、金属环境温度测控装置(1)、第一石墨发热体电源(17)、第二石墨发热体(16)、第二石墨发热体电源(15)和非金属环境温度测控装置(14)，所述第一石墨发热体(2)和第二石墨发热体(16)分别设在金属工件(7)和非金属工件(10)旁，所述金属环境温度测控装置(1)和非金属环境温度测控装置(14)分别检测金属工件(7)和非金属工件(10)周边环境的温度，所述金属环境温度测控装置(1)和非金属环境温度测控装置(14)分别通过第一石墨发热体电源(17)和第二石墨发热体电源(15)连接第一石墨发热体(2)和第二石墨发热体(16)。
【技术特征摘要】
1.一种基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，从上到下依次设有压力控制装置(5)、压头(6)、上绝缘垫块(4)、上电极压杆(3)、下电极压杆(11)、下绝缘垫块(13)和支撑台(12)，所述上电极压杆(3)和下电极压杆(11)之间为焊接工件，所述焊接工件从上到下依次为金属工件(7)、中间层(9)和非金属工件(10)或非金属工件(10)、中间层(9)和金属工件(7)，其特征在于还包括第一石墨发热体(2)、金属环境温度测控装置(I)、第一石墨发热体电源(17)、第二石墨发热体(16)、第二石墨发热体电源(15)和非金属环境温度测控装置(14)，所述第一石墨发热体(2)和第二石墨发热体(16)分别设在金属工件(7)和非金属工件(10)旁，所述金属环境温度测控装置(I)和非金属环境温度测控装置(14)分别检测金属工件(7)和非金属工件(10)周边环境的温度，所述金属环境温度测控装置(I) 和非金属环境温度测控装置(14)分别通过第一石墨发热体电源(17)和第二石墨发热体电源(15)连接第一石墨发热体(2)和第二石墨发热体(16)。2.根据权利要求1所述基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，其特征在于还包括大电流脉冲电源(8)，所述大电流脉冲电源(8)连接上电极压杆(3)和下电极压杆(11)。3.根据权利要求1所述基于局部焊件环境温度独立控制的扩散焊接装置，其特征在于所述压头￠)、上绝缘垫块(4)、上电极压杆(3)、焊接工件、下电极压杆(11)、下绝缘垫块(13)、支撑台(12)、第一石墨发热体(2)和第二石墨发热体(16)置于真空扩散炉中。4.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴铭方，陈书锦，吴云凯，王斐，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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