一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备及焊接方法

1.本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备及焊接方法。


背景技术：

2.轻金属舱体密集微流道结构由于其本身为铝材质且为薄壁结构在焊接过程中极易由于加热过度导致其薄壁结构熔化，连续焊接时温度积累亦会导致其他管壁或方管结构过热熔化，因此存在钎焊难度大，多焊缝一次焊接成功率低的问题，制造过程中关键控制因素难以量化处理等难题。


技术实现要素：

3.基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备及焊接方法，适用于薄壁铝密集微流道的焊接，满足高马赫飞行器大面积微流道冷却系统快速制造的需求。
4.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备，包括上部环型感应线圈、下部环型感应线圈和感应线圈位置调节机构，所述的下部环型感应线圈与感应线圈位置调节机构固定连接，焊接时，所述的上部环型感应线圈位于下部环型感应线圈的正上方，所述的感应线圈位置调节机构能够调节下部环型感应线圈沿竖直方向上的位移；所述的下部环型感应线圈的中间为水平段，两端向下倾斜，所述的上部环型感应线圈和下部环型感应线圈的横截面形状与预焊接的汇流管的横截面形状相对应，并与预焊接的汇流管之间均留有空隙。
5.进一步的，所述的下部环型感应线圈两端为u形向下倾斜。
6.进一步的，所述的感应线圈位置调节机构包括丝杠、支撑架、轴承和水平支杆，所述的轴承的外圈与内圈沿轴向紧固连接无相对位移，沿径向能够相对转动；所述的支撑架的中段为一侧内凹的开口结构，所述的丝杠贯穿于支撑架的上、下平面中心并且与其螺纹连接，所述的丝杠的上端为摇杆结构，所述的轴承位于所述的开口结构内，所述的丝杠的中段与所述的轴承内圈固定连接，所述的轴承外圈通过水平支杆与所述的u型开口式感应线圈固定连接。
7.进一步的，所述的下部环型感应线圈为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径4-10mm的铜管，铜管壁厚为1-3mm；所述的上部环型感应线圈为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径1-4mm的铜管，铜管壁厚为0.2-1mm。
8.进一步的，所述的空隙为2mm-15mm。
9.本发明的另一目的是提供一种通过如上所述的钎焊设备得出的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊方法，步骤如下：
10.步骤s1、将密集微流道排管插入汇流管的空腔中，二者之间为间隙配合；将汇流管置于上部环型感应线圈和下部环型感应线圈内部中心位置；
11.步骤s2、在焊缝处涂抹环形钎料，先启动下部环型感应线圈电源，选取大功率脉冲可调型交流电进行焊接，迅速加热汇流管的前后两侧，通过感应线圈位置调节机构微调下部环型感应线圈的上、下位置，用于控制热输入位置；观察到环形钎料产生熔化现象，立即关闭下部环型感应线圈的电源，并启动上部环型感应线圈电源，选取小功率脉冲可调型交流电进行焊接，使得环形钎料的温度能够小幅度上升，直至观察到环形钎料完全熔化并铺展，焊接后钎缝填充完整，钎缝两侧光亮，钎角过渡圆润，管道未堵塞。
12.进一步的，所述的下部环型感应线圈的功率可调范围为20-40kw，所述的上部环型感应线圈的功率可调范围为5-15kw。
13.进一步的，所述的密集微流道排管的壁厚范围为0.1-0.6mm。
14.进一步的，所述的汇流管壁厚范围为1-5mm，所述的密集微流道排管与所述的汇流管之间的配合间隙为0.1-0.5mm。
15.进一步的，所述的环形钎料为铝硅钎料或铝铜钎料。
16.本发明的有益效果是：本发明适用于薄壁铝密集微流道的焊接，保证了焊缝质量，提高了焊接效率，具有钎缝填充完整，钎缝两侧光亮的优点，钎缝没有裂纹、未填充等破环性缺陷，钎料与两侧母材接触良好，钎角过渡圆润，管道未堵塞。
附图说明
17.图1是薄壁铝密集微流道感应钎焊焊接的整体结构示意图；
18.图2是薄壁铝密集微流道感应钎焊焊接的部分结构示意图；
19.图3是薄壁铝密集微流道排管和汇流管俯视图；
20.图4是图3的局部放大图；
21.图5是薄壁铝密集微流道感应钎焊焊接的焊后焊缝成形示意图；
22.图6是薄壁铝密集微流道感应钎焊焊接的焊后焊缝组织示意图。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
24.实施例1
25.如图1所示，一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备，包括上部环型感应线圈6、下部环型感应线圈1和感应线圈位置调节机构2，所述的下部环型感应线圈1与感应线圈位置调节机构2固定连接，焊接时，所述的上部环型感应线圈6位于下部环型感应线圈1的正上方，所述的感应线圈位置调节机构2能够调节下部环型感应线圈1沿竖直方向上的位移；所述的下部环型感应线圈1的中间为水平段，两端为u形且向下倾斜，所述的上部环型感应线圈6和下部环型感应线圈1的横截面形状与预焊接的汇流管4的横截面形状相对应，并与预焊接的汇流管4之间均留有空隙为2mm-15mm。所述的感应线圈位置调节机构2包括丝杠201、支撑架202、轴承204和水平支杆205，所述的轴承204的外圈与内圈沿轴向紧固连接无相对位移，沿径向能够相对转动；所述的支撑架202的中段为一侧内凹的开口结构，所述的丝杠201贯穿于支撑架202的上、下平面中心并且与其螺纹连接，所述的丝杠201的上端为摇杆结构203，所述的轴承204位于所述的开口结构内，所述的丝杠201的中段与所述的轴承
204内圈固定连接，所述的轴承204外圈通过水平支杆205与所述的u型开口式感应线圈1固定连接，转动摇杆结构203即可在竖直方向改变下部环型感应线圈1位移。所述的下部环型感应线圈1为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径4-10mm的铜管，铜管壁厚为1-3mm；所述的上部环型感应线圈6为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径1-4mm的铜管，铜管壁厚为0.2-1mm。
26.实施例2
27.本实施例采用实施例1的钎焊设备得出的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊方法，步骤如下：
28.步骤s1、如图2所示，将密集微流道排管3插入汇流管4的空腔中，二者之间为间隙配合，配合间隙为0.1-0.5mm；将汇流管4置于上部环型感应线圈6和下部环型感应线圈1内部中心位置，所述的密集微流道排管3的壁厚范围为0.1-0.6mm，所述的汇流管4壁厚范围为1-5mm；薄壁铝密集微流道排管3和汇流管4俯视图及局部放大图如图3-4所示；
29.步骤s2、在焊缝处涂抹环形钎料5，采用铝硅钎料或铝铜钎料，先启动下部环型感应线圈1电源，选取大功率脉冲可调型交流电进行焊接，功率可调范围为20-40kw，采用大功率目的是让汇流管4能够迅速达到比较高的温度，提高焊接效率，同时前后传热使热量传递缓慢，使钎料不至于迅速熔化并润湿，迅速加热汇流管4的前后两侧，通过感应线圈位置调节机构2微调下部环型感应线圈1的上、下位置，用于控制热输入位置；观察到环形钎料5产生熔化现象，立即关闭下部环型感应线圈1的电源，并启动上部环型感应线圈6电源，选取小功率脉冲可调型交流电进行焊接，功率可调范围为5-15kw，切换到小功率线圈，使热量不易散失，且能够小幅度上升至钎料完全铺展润湿，使焊接效果更好，焊接质量更优，使得环形钎料5的温度能够小幅度上升，直至观察到环形钎料5完全熔化并铺展，焊接后钎缝填充完整，钎缝两侧光亮，钎角过渡圆润，管道未堵塞。
30.实施例3
31.本实施例与实施例1的结构相同，其不同之处在于，下部环型感应线圈1为直径7mm的铜管，铜管壁厚为1.5mm，电源输出功率为35kw；上部环型感应线圈6为直径3.5mm的铜管，铜管壁厚为0.4mm，电源输出功率为12kw，两部感应线圈均内部通可通循环冷却水以控制焊接温度。采用本实施例的钎焊的密集微流道排管3的壁厚为0.25mm，密集微流道排管3与汇流管4之间的间隙配合尺寸为0.25mm，汇流管4壁厚范围为3mm。环形焊料5为铝铜钎料。下部环型感应线圈1和上部环型感应线圈6与汇流管4之间均留有空隙为6mm。
32.实施例4
33.本实施例与实施例1的结构相同，其不同之处在于，下部环型感应线圈1为直径6mm的铜管，铜管壁厚为1mm，电源输出功率为30kw；上部环型感应线圈6为直径3mm的铜管，铜管壁厚为0.3mm，电源输出功率为10kw，两部感应线圈均内部通可通循环冷却水以控制焊接温度。采用本实施例的钎焊的密集微流道排管3的壁厚为0.2mm，密集微流道排管3与汇流管4之间的间隙配合尺寸为0.2mm，汇流管4壁厚范围为3mm。环形焊料5为铝硅钎料。下部环型感应线圈1和上部环型感应线圈6与汇流管4之间均留有空隙为5mm。焊接的焊后焊缝成形示意图如图5所示，焊接过程中加热比较均匀，钎缝填充得很完整，钎缝两侧都非常光亮，没有裂纹、未填充等破环性缺陷，钎料与两侧母材接触良好，钎角过渡圆润，管道未堵塞。如图6所示，观察显微组织可以看出，试件处于钎透状态，其焊缝组织形貌主要由细针状的si与α
(al)形成的共晶组织构成，其中离散分着块状的初生α(al)组织。通过高频感应线圈进行局部加热进行焊接，保证了焊缝质量及焊接效率。

技术特征：
1.一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备，包括上部环型感应线圈(6)、下部环型感应线圈(1)和感应线圈位置调节机构(2)，其特征在于：所述的下部环型感应线圈(1)与感应线圈位置调节机构(2)固定连接，焊接时，所述的上部环型感应线圈(6)位于下部环型感应线圈(1)的正上方，所述的感应线圈位置调节机构(2)能够调节下部环型感应线圈(1)沿竖直方向上的位移；所述的下部环型感应线圈(1)的中间为水平段，两端向下倾斜，所述的上部环型感应线圈(6)和下部环型感应线圈(1)的横截面形状与预焊接的汇流管(4)的横截面形状相对应，并与预焊接的汇流管(4)之间均留有空隙。2.根据权利要求1所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备，其特征在于：所述的下部环型感应线圈(1)两端为u形向下倾斜。3.根据权利要求2所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备，其特征在于：所述的感应线圈位置调节机构(2)包括丝杠(201)、支撑架(202)、轴承(204)和水平支杆(205)，所述的轴承(204)的外圈与内圈沿轴向紧固连接无相对位移，沿径向能够相对转动；所述的支撑架(202)的中段为一侧内凹的开口结构，所述的丝杠(201)贯穿于支撑架(202)的上、下平面中心并且与其螺纹连接，所述的丝杠(201)的上端为摇杆结构(203)，所述的轴承(204)位于所述的开口结构内，所述的丝杠(201)的中段与所述的轴承(204)内圈固定连接，所述的轴承(204)外圈通过水平支杆(205)与所述的u型开口式感应线圈(1)固定连接。4.根据权利要求3所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊方法，其特征在于：所述的下部环型感应线圈(1)为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径4-10mm的铜管，铜管壁厚为1-3mm；所述的上部环型感应线圈(6)为水冷式温度可调的感应线圈，采用直径1-4mm的铜管，铜管壁厚为0.2-1mm。5.根据权利要求4所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊方法，其特征在于：所述的空隙为2mm-15mm。6.根据权利要求1-5任一项所述的钎焊设备得出的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤s1、将密集微流道排管(3)插入汇流管(4)的空腔中，二者之间为间隙配合；将汇流管(4)置于上部环型感应线圈(6)和下部环型感应线圈(1)内部中心位置；步骤s2、在焊缝处涂抹环形钎料(5)，先启动下部环型感应线圈(1)电源，选取大功率脉冲可调型交流电进行焊接，迅速加热汇流管(4)的前后两侧，通过感应线圈位置调节机构(2)微调下部环型感应线圈(1)的上、下位置，用于控制热输入位置；观察到环形钎料(5)产生熔化现象，立即关闭下部环型感应线圈(1)的电源，并启动上部环型感应线圈(6)电源，选取小功率脉冲可调型交流电进行焊接，使得环形钎料(5)的温度能够小幅度上升，直至观察到环形钎料(5)完全熔化并铺展，焊接后钎缝填充完整，钎缝两侧光亮，钎角过渡圆润，管道未堵塞。7.根据权利要求6所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊工艺方法，其特征在于：所述的下部环型感应线圈(1)的功率可调范围为20-40kw，所述的上部环型感应线圈(6)的功率可调范围为5-15kw。8.根据权利要求6所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊工艺方法，其特征在于：所述的密集微流道排管(3)的壁厚范围为0.1-0.6mm。9.根据权利要求6所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊工艺方法，其特征在
于：所述的汇流管(4)壁厚范围为1-5mm，所述的密集微流道排管(3)与所述的汇流管(4)之间的配合间隙为0.1-0.5mm。10.根据权利要求6所述的一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊工艺方法，其特征在于：所述的环形钎料(5)为铝硅钎料或铝铜钎料。

技术总结
本发明公开一种适用于薄壁铝密集微流道感应钎焊设备及焊接方法，属于焊接技术领域。包括上部及下部环型感应线圈、感应线圈位置调节机构，所述的下部环型感应线圈与感应线圈位置调节机构固定连接，焊接时，所述的上部环型感应线圈位于下部环型感应线圈的正上方，所述的感应线圈位置调节机构能够调节下部环型感应线圈沿竖直方向上的位移；所述的下部环型感应线圈的中间为水平段，两端向下倾斜，所述的上部环型感应线圈和下部环型感应线圈的横截面形状与预焊接的汇流管的横截面形状相对应，并与预焊接的汇流管之间均留有空隙。本发明适用于薄壁铝密集微流道的焊接，保证了焊缝质量，提高了焊接效率，具有钎缝填充完整，钎缝两侧光亮的优点。侧光亮的优点。侧光亮的优点。


技术研发人员：仵凤勇 戚延泽 王斌 秦志伟 吕世雄 周福见 王玲
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/31