焊接波紋管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種焊接波紋管的制備方法。該方法包括：將沖壓制備好的波紋管膜片清洗干凈，然后將膜片疊加放入焊接模具中，膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣加入中間過渡金屬層（或膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣鍍制中間過渡金屬膜層），最后將焊接模具放入高溫爐加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間,利用不同材料的熱膨脹系數(shù)不同的特點(diǎn)，使焊接模具在高溫時(shí)對(duì)波紋管膜片產(chǎn)生壓力，從而使波紋管膜片達(dá)到壓力擴(kuò)散焊接的目的。本發(fā)明簡單易行、焊接溫度低、成本低、成品率高，可以非?？焖俚囊淮涡缘闹苽涠鄠€(gè)焊接波紋管，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】焊接波紋管的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及波紋管的制造技術(shù)，尤其涉及一種波紋管的焊接方法。

【背景技術(shù)】
[0002]國外在焊接波紋管的生產(chǎn)和應(yīng)用方面已有較長的歷史，早在十九世紀(jì)末就出現(xiàn)了焊接結(jié)構(gòu)的波紋管，焊接波紋管是金屬波紋管的主要品種之一，它具有一些液壓成形波紋管所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。近二十年來，焊接波紋管引起人們的重視，在儀器儀表電子工業(yè)和空間技術(shù)等方面已經(jīng)得到了應(yīng)用。焊接波紋管的制造方法與液壓成形不同，它是采用精巧的焊接技術(shù)，把預(yù)先沖制的環(huán)狀膜片沿其內(nèi)外邊緣交替焊接而制成。盡管這種工藝比較精細(xì)復(fù)雜，費(fèi)用高。但是，由于材料加工變形小，尺寸精度容易控制，因此，制得的焊接波紋管具有靈敏度高、線性好、滯后小、位移大、彈性性能和有效面積偏差小等優(yōu)點(diǎn)。此夕卜，這種工藝方法還有可以加工塑性較差而彈性很好的材料，為研制耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等特殊材料的波紋管開辟了途徑。焊接波紋管產(chǎn)品的尺寸范圍一般外徑為32 - 850毫米(內(nèi)徑為10 - 760毫米)，也有外徑小于10毫米的微型焊接波紋管。材料厚度一般為0.03-0.6.0毫米。焊接波紋管的長度通常不大于外徑的1.5倍。采用的材料是多種多樣的。主要有不銹鋼、蒙乃爾合金、鎳、鎳基恒彈性合金、赫斯特洛合金等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和焊接工藝水平的不斷提高，焊接波紋管在航空和宇航等空間領(lǐng)域和電子工業(yè)及其他工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)焊接波紋管的工藝流程如下:沖制膜片-除油-焊接-機(jī)械穩(wěn)定-酸洗-烘干-檢測。焊接波紋管工藝的關(guān)鍵在于膜片的沖制、焊接和檢測等工序。由于膜片的質(zhì)量直接影響以后的焊接質(zhì)量，所以，要求沖制為膜片具有較高的幾何尺寸精度，無毛刺，表面光潔。沖制0.1毫米厚度以下的膜片時(shí)，對(duì)模具的精度要求很高，一般是采用無間隙沖模。焊接方法通常有電阻焊、氬弧焊和等離子焊等幾種。檢驗(yàn)是保證焊接波紋管質(zhì)量的重要措施，元件的用途和技術(shù)要求不同，檢驗(yàn)的項(xiàng)口也不同作為測量元件時(shí)，要求檢測剛度、特性、有效面積。作真空密封或用于其他無特性要求的場合時(shí)，就要求檢測泄漏、耐壓或疲勞壽命等。對(duì)于特殊應(yīng)用的場合還要經(jīng)過耐高溫、耐腐蝕及耐輻照等試驗(yàn)。
[0004]焊接波紋管制造工藝的核心是焊接工藝，目前，除采用等離子焊接外，有些單位還開展電子束焊接和激光焊接等方面的研究；但所有這些焊接技術(shù)生產(chǎn)效率低，焊接波紋管的成本很高。為了解決大批量生產(chǎn)的問題，研制專用的高效率焊接技術(shù)已成了十分重要的課題。為了實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)的高質(zhì)量、低成本、高效率的重要途徑，本發(fā)明采用壓力擴(kuò)散焊接的技術(shù)進(jìn)行焊接波紋管的制備。
[0005]壓力擴(kuò)散焊接技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的各種材料焊接技術(shù)，它是指相互接觸的表面，在高溫強(qiáng)壓的作用下，被連接表面相互靠近，局部發(fā)生塑性變形，經(jīng)一定時(shí)間后，結(jié)合層原子間相互擴(kuò)散而形成整體可靠連接的過程。擴(kuò)散焊接過程大致可以分為物理接觸階段、化學(xué)作用階段和體積作用階段。第一個(gè)階段為物理接觸階段，被連接表面在壓力和溫度作用下，總有一些點(diǎn)首先達(dá)到塑性變形，在持續(xù)壓力的作用下，接觸界面逐漸擴(kuò)大最終達(dá)到整個(gè)面的可靠接觸。第二階段為化學(xué)作用階段，此時(shí)被激活的接觸界面的原子相互擴(kuò)散，產(chǎn)生原子健，形成牢固的結(jié)合層。第三階段為體積作用階段，在接觸部分形成的結(jié)合層逐漸向體積方向發(fā)展，形成可靠的表面連接。這三個(gè)過程并非是相互分離獨(dú)自完成的，而是相互交疊進(jìn)行的，整個(gè)作用的結(jié)果便是在連接處由于擴(kuò)散和再結(jié)晶等過程形成穩(wěn)定的固態(tài)結(jié)合，它可以生成固溶體及共晶體，有時(shí)生成金屬間化合物，形成可靠的連接。擴(kuò)散焊接參數(shù)的選擇對(duì)焊接界面的質(zhì)量具有重要的影響。擴(kuò)散焊接的參數(shù)主要有:溫度、壓力、時(shí)間、氣體介質(zhì)、表面狀態(tài)和中間層的選擇等。其中的壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它是實(shí)現(xiàn)所需物理接觸的必要條件?，F(xiàn)在一般的壓力擴(kuò)散焊接技術(shù)的壓力是外部加壓，如果采用一般的壓力擴(kuò)散焊接技術(shù)制造焊接波紋管，將會(huì)影響波紋管的制造效率，從而提高波紋管的成本。為了解決這一問題，本發(fā)明利用不同金屬的熱膨脹系數(shù)不同的特點(diǎn)，采用模具對(duì)波紋管施加壓力，這樣高溫爐就可以一次焊接多個(gè)波紋管或連續(xù)焊接波紋管。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一)要解決的技術(shù)問題
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了焊接波紋管的制備方法，以提升焊接波紋管的生產(chǎn)效率，降低制造成本。
[0007](二)技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種焊接波紋管的制備方法。該方法包括:將沖壓制備好的波紋管膜片清洗干凈，然后將膜片疊加放入焊接模具中，膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣放入中間過渡金屬層(或膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣鍍制中間過渡金屬膜層)，最后將焊接模具放入高溫爐加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間，利用不同材料的熱膨脹系數(shù)不同的特點(diǎn)，使焊接模具在高溫時(shí)對(duì)波紋管膜片產(chǎn)生壓力，從而使波紋管膜片達(dá)到壓力擴(kuò)散焊接的目的。
[0008]在擴(kuò)散焊接過程中，為了降低焊接溫度、控制界面反應(yīng)、加速焊接過程、降低對(duì)焊接表面粗糙度的要求或防止接頭中出現(xiàn)有害的組織、抑制或改變界面反應(yīng)產(chǎn)物以提高連接處的性能，常在焊接膜片邊緣表面間添加特定成分的中間夾層材料，其厚度在0.01mm左右，或者采用化學(xué)鍍工藝、磁控濺射鍍膜等技術(shù)鍍制中間過渡金屬膜層，膜層厚度在2 —50 μ m。制備中間層可米用單一的軟金屬，也可米用多層金屬。軟金屬中間層有N1、Cu及Al等，它們的塑性好，屈服強(qiáng)度低，能通過塑性變形和蠕變變形來緩解接觸處的殘余應(yīng)力。
[0009]壓力擴(kuò)散焊接模具所用材料的膨脹系數(shù)應(yīng)小于波紋管膜片材料的膨脹系數(shù)。模具在高溫下產(chǎn)生的壓力可以使連接處微觀凸起部分產(chǎn)生塑性形變，使之達(dá)到緊密接觸狀態(tài)，并提供形變能為原子擴(kuò)散創(chuàng)造條件。較高的壓力能產(chǎn)生較好的接頭。壓力上限取決于對(duì)焊件總體變形量的限度，設(shè)備噸位等。對(duì)于異種金屬擴(kuò)散焊，采用較大的壓力對(duì)減少或防止擴(kuò)散孔洞有作用。通常擴(kuò)散焊壓力在0.5 — 50MPa之間選擇。所選的壓力通常要保持在稍低于所選溫度下的屈服應(yīng)力。
[0010]溫度是擴(kuò)散焊最重要的工藝參數(shù)，溫度影響被焊材料的屈服強(qiáng)度和原子的擴(kuò)散行為，對(duì)消除空隙起著決定性的作用。溫度的微小變化會(huì)使擴(kuò)散焊速度產(chǎn)生較大的變化。在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，擴(kuò)散過程愈快，所獲得的接頭強(qiáng)度也高。從這點(diǎn)考慮，應(yīng)盡可能選用較高的擴(kuò)散焊溫度。但加熱溫度受被焊工件和夾具的高溫強(qiáng)度，工件的相變、再結(jié)晶等冶金特性所限制，對(duì)許多金屬和合金，擴(kuò)散焊溫度為0.5 — 0.STm(K), Tm為低熔點(diǎn)焊接材料的熔點(diǎn)。
[0011]壓力擴(kuò)散焊接所需要的時(shí)間長短會(huì)對(duì)接觸處組織和成分的均勻性產(chǎn)生重要影響，一般可以視連接材料，以及焊接的壓力和溫度來選擇。在一般的條件下，擴(kuò)散焊接時(shí)間在 10 — 200min。
[0012]高溫爐采用真空高溫爐,也可以是具有保護(hù)性氣體(如H2、N2等)的高溫爐。
[0013](三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明焊接波紋管的制備方法具有以下有益效果:簡單易行、焊接溫度低、成本低、成品率高，可以非?？焖俚囊淮涡缘闹苽涠鄠€(gè)焊接波紋管，提高了生產(chǎn)效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為壓力擴(kuò)散焊接波紋管的示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例壓力擴(kuò)散焊接波紋管方法的流程圖。
【本發(fā)明主要元件符號(hào)說明】
1-波紋管膜片；2-螺母；
3-螺栓；4-過渡金屬膜或膜片；
5-模具壓板。

【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。
[0015]本發(fā)明首先將沖壓制備好的波紋管膜片清洗干凈，然后將膜片疊加放入焊接模具中，膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣放入中間過渡金屬層(或膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣鍍制中間過渡金屬膜層)，最后將焊接模具放入高溫爐加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種焊接波紋管的制備方法。圖1為壓力擴(kuò)散焊接波紋管的示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例壓力擴(kuò)散焊接波紋管方法的流程圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，本實(shí)施例包括:
步驟A，按照?qǐng)D紙沖壓制備焊接波紋管膜片I。由于膜片的質(zhì)量直接影響以后的焊接質(zhì)量，所以要求沖制的膜片具有較高的幾何尺寸精度，無毛刺，表面光潔。本發(fā)明采用無間隙沖模制備0.1mm的304不銹鋼波紋管膜片；
步驟B，利用化學(xué)方法對(duì)焊接波紋管膜片I進(jìn)行化學(xué)清洗除油；
步驟C，在焊接膜片邊緣表面間添加特定成分的中間夾層材料4，或者采用化學(xué)鍍工藝、磁控濺射鍍膜等技術(shù)鍍制中間過渡金屬膜層4。本發(fā)明中采用化學(xué)鍍工藝，在304不銹鋼基材表面分別制備出約5μπι的Cu和1ym Ni作為金屬中間層4。同時(shí)也采用0.1mmNi,0.02mmCu作為金屬中間層4 ；
步驟D，將邊緣表面間添加特定成分的中間過渡金屬膜層4的膜片I放入焊接模具中并將螺母2擰緊。本實(shí)施例焊接模具中螺母2和螺栓3采用膨脹系數(shù)小于304不銹鋼的Mu。為了增大焊接壓力，模具壓板5采用304不銹鋼。
[0017]步驟E，把裝好波紋管膜片4的焊接模具放入高溫爐中加熱到一
定溫度并保溫一定時(shí)間。本實(shí)施例中N1、Cu分別作為中間過渡金屬層時(shí)溫度分別為850°C和800°C，保溫皆為30min ;高溫爐采用真空高溫爐和高溫氫氣爐。
[0018]步驟F，待爐溫降到80°C以下時(shí)，取出焊接波紋管進(jìn)行檢測。利用檢漏儀對(duì)焊接波紋管的漏率進(jìn)行了檢測，漏率小于KTuiPa.m3/s。利用掃描電鏡對(duì)焊縫區(qū)進(jìn)行了顯微組織觀察和能譜分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用Cu、Ni做過渡層可以顯著提高304不銹鋼擴(kuò)散焊接波紋管的性能。
[0019]綜上所述，本發(fā)明將一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣具有中間過渡金屬層的膜片疊加放入焊接模具中，再將焊接模具放入高溫爐加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間，利用不同材料的熱膨脹系數(shù)不同的特點(diǎn)，使焊接模具在高溫時(shí)對(duì)波紋管膜片產(chǎn)生壓力，從而使波紋管膜片達(dá)到壓力擴(kuò)散焊接的目的。本發(fā)明簡單易行、焊接溫度低、成本低、成品率高、生產(chǎn)效率高，具有良好的應(yīng)用前景。
[0020]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種焊接波紋管的制備方法，其特征在于，包括:該方法包括:將沖壓制備好的波紋管膜片進(jìn)行化學(xué)清洗干凈，然后將膜片疊加放入焊接模具中，膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣放入中間過渡金屬層(或膜片一個(gè)面的外邊緣和另一個(gè)面的內(nèi)邊緣鍍制中間過渡金屬膜層)，最后將焊接模具放入高溫爐加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間，利用不同材料的熱膨脹系數(shù)不同的特點(diǎn)，使焊接模具在高溫時(shí)對(duì)波紋管膜片產(chǎn)生壓力，從而使波紋管膜片達(dá)到壓力擴(kuò)散焊接的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在焊接膜片邊緣表面間添加特定成分的中間夾層材料，其厚度在0.0lmm左右，或者采用化學(xué)鍍工藝、磁控濺射鍍膜等技術(shù)鍍制中間過渡金屬膜層，膜層厚度在2 — 50 μ m，中間層可采用單一的軟金屬，也可采用多層金屬，金屬中間層可選擇N1、Cu、Ag及Al等熔點(diǎn)較低的軟金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力擴(kuò)散焊接模具所用材料的膨脹系數(shù)應(yīng)小于波紋管膜片材料的膨脹系數(shù)，模具在高溫下產(chǎn)生的壓力可以使連接處微觀凸起部分產(chǎn)生塑性形變，使之達(dá)到緊密接觸狀態(tài)，并提供形變能，為原子擴(kuò)散創(chuàng)造條件，通常擴(kuò)散焊壓力在0.5 - 50MPa之間選擇，所選的壓力通常要保持在稍低于所選溫度下的屈服應(yīng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度是擴(kuò)散焊最重要的工藝參數(shù)，溫度影響被焊材料的屈服強(qiáng)度和原子的擴(kuò)散行為，對(duì)消除空隙起著決定性的作用，對(duì)許多金屬和合金，擴(kuò)散焊溫度為0.5 — 0.8Tm (K)，Tm為低熔點(diǎn)焊接材料的熔點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述壓力擴(kuò)散焊接所需要的時(shí)間長短會(huì)對(duì)接觸處組織和成分的均勻性產(chǎn)生重要影響，一般可以視連接材料，以及焊接的壓力和溫度來選擇，在一般的條件下，擴(kuò)散焊接時(shí)間在10 - 200min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述高溫爐可采用真空高溫爐，也可以是具有保護(hù)性氣體(如H2, N2等)的高溫爐。
【文檔編號(hào)】B23K20/14GK104339079SQ201310336020
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】劉一丁, 劉燕文, 王雪梅 申請(qǐng)人:劉一丁, 劉燕文, 王雪梅