一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接检测认证领域，具体涉及一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置及方法。

背景技术

随着焊接技术的发展，各类焊接工艺应用于各种工业领域，钎焊作为其中一种特殊焊接工艺方法，最早出现在电子工业上钎焊铜和不锈钢的零件，后来又应用到航空工业、原子能工业，目前更广泛应用于空气分离设备、石油化工设备、工程机械、车、船和家电等工业部门的板翅式换热器和冷却器中。而核聚变领域中，真空钎焊应用于异种金属之间的焊接，但异种金属的真空钎焊焊接接头的质量检测认证一直没有系统解决，尤其是低温下的铜不锈钢钎焊接头的性能需要一套完整的质量检测装置和认证方法。

发明内容

本发明的目的是设计一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置及方法，可系统检测铜不锈钢真空钎焊接头的质量，高效系统的完成该类焊接接头的质量认证。

本发明采用的技术方案是：

根据本发明的第一方面，提供一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置，所述钎焊接头包括铜块和不锈钢管，所述质量检测装置包括测试罐体、测试接头试件工装、温度测试系统、空气及冷却系统以及密封件；所述测试罐体由双层不锈钢板拼焊组成，双层不锈钢板拼焊完成后，内部抽真空；所述测试接头试件工装的测试活动部位设置法兰，所述法兰内侧设有密封件；所述测试接头试件工装包括水平夹块和竖直夹块；所述钎焊接头两个一组通过四个螺栓压紧铜块形成叠层搭接；所述钎焊接头两个一组的上下位置焊接竖直夹块，水平位置焊接水平夹块，所述水平夹块和竖直夹块均与所述密封件连接；所述温度测试系统包括四个温度传感器，所述四个温度传感器布置在测试罐体内侧的上下左右四个位置，各个温度传感器均通过线连接航空插座以外接外界测试仪器；所述空气及冷却系统包括液氮进口、液氮出口、空气进口以及混合气出口；所述液氮进口和所述液氮出口分别位于所述测试罐体的上下对角位置，所述空气进口位于所述测试罐体的下部，所述混合气出口位于所述测试罐体的上部。

进一步，所述密封件为改性PTFE或超高分子聚乙烯制备得到。

根据本发明的第二方面，提供一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测方法，使用如上所述的铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置，所述质量检测方法包括：

S1：部件备料：分别将铜和不锈钢原材料加工到待焊接状态；

S2：尺寸检测：检测铜与不锈钢间隙距离不大于0.05mm；

S3：清洗：部件经过去离子水清洗，再吹干；

S4：真空钎焊装配：采用工装组装待焊接的铜、不锈钢和钎料；

S5：真空钎焊：真空炉中实施钎焊得到铜不锈钢真空钎焊接头；

S6：目视检测：目视检测钎焊接头质量；

S7：第一剪切试验：将步骤S6目视检测合格的钎焊接头两个一组通过四个螺栓压紧铜块形成叠层搭接，并在所述钎焊接头两个一组的上下位置焊接竖直夹块，水平位置焊接水平夹块，以将所述钎焊接头装配在铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置上，同时拉伸两个竖直夹块和/或同时拉伸两个水平夹块，完成第一剪切试验；

S8：77K冷热冲击：通过所述液氮进口通入77K液氮5min，钎焊接头经过液氮77k温度下强迫冷却5min再回归室温20摄氏度环境5min，如此冷热冲击5次；

S9：第二剪切试验：通过所述空气进口采用高压空气充盈所述测试罐体，静置待温度显示恢复室温20摄氏度时，同时拉伸两个竖直夹块和/或同时拉伸两个水平夹块，完成第二剪切试验；

S10：宏观金相：对钎焊接头钎焊横向、纵向金相断面检测。

进一步，所述铜不锈钢真空钎焊接头由316L不锈钢管和铜块真空钎焊组成；所述步骤S1中，在备料时，316L不锈钢管截断取长长度不小于300mm，所述铜块为无氧铜，加工铜块底座安装面圆弧半径与所述316L不锈钢管外径一致。

进一步，步骤S5中，接头钎焊采用型号B-Au72Cu28钎料，钎料形式为片，厚度为0.03～0.05mm，面积18000～20000mm

所述接头钎焊工艺参数包括：进炉温度：环境温度；真空度：8.0×10-3pa～2.0×10-3pa；加热速度：3～6℃/Min；钎焊温度：810℃～840℃；全程时间：14～20H；稳定温度及时间：830℃，45Min～1h；冷却方式：随炉至300℃以下，充N2强冷；出炉温度：60℃以下；无焊后热处理。

本发明具有以下优点：

本发明针对热核聚变试验堆低温复杂工况，设计一套适用于低温高压检测元件电阻焊接接头的测试方法，该方法简单，贴合实际工况，测试数据更加真实有效，能够完成真实工况下电阻点焊接头的试验研究并加以应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的测试接头试件主视图；

图3示出了根据本发明实施例的测试接头试件搭接示意图；

图4示出了根据本发明实施例的测试接头试件轴测图以及

图5示出了根据本发明实施例的一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测方法的流程图。

附图标注：

1，铜块；2，不锈钢管；3，竖直夹块；4，水平夹块；5，法兰；6，密封件；7，航空插座；8，测试罐体；9，液氮进口；10，液氮出口；11，空气进口；12，混合气出口；13，温度传感器；14，观察窗。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1：

图1示出了根据本发明实施例的一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置的结构示意图。本发明实施例公开了一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置。如图1所示，该质量检测装置包括测试罐体8、测试接头试件工装、温度测试系统、空气及冷却系统以及密封件6；所述测试罐体8由双层不锈钢板拼焊组成，双层不锈钢板拼焊完成后，内部抽真空，以降低测试罐体热传导损耗；所述测试接头试件工装的测试活动部位设置法兰5，法兰5内侧设有所述密封件6。

在一些实施例中，所述密封件6为改性PTFE或超高分子聚乙烯，适用于低温环境密封。

所述测试接头试件工装包括水平夹块4和竖直夹块3；测试接头试件两个一组通过四个螺栓压紧铜块1形成叠层搭接，叠层搭接方式栓接两个接头，实现高效均衡的剪切测试。本发明实施例对应所述测试接头试件工装具体设计了一种测试接头试件，如图2-图4所示，所述铜不锈钢真空钎焊接头由不锈钢管2和铜块1真空钎焊而成。

在一些实施例中，接头两个一组的上下位置焊接竖直夹块3，水平位置焊接水平夹块4，一体化的接头设计可实现接头的双向剪切测试；

所述温度测试系统中温度传感器13布置在测试罐体8的上下左右四个位置，温度传感器13的测试线通过航空插座7外接外界测试仪器，电气接线规范，进一步提高温度测试的可靠性。

所述空气及冷却系统包括液氮进口9和液氮出口10；所述液氮进口9、液氮出口10分别位于测试罐体的上下对角位置，所述空气系统中空气进口11位于测试罐体8的下部，混合气出口12位于测试罐体8的上部，优选的空气系统选择高压空气系统，快速排除测试罐体内低温气体。

实施例2：

图5示出了根据本发明实施例的一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测方法的流程图。本发明实施例还公开了一种铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测方法，使用如实施例1所述的铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置，如图5所示，所述质量检测方法包括：

S1：部件备料：分别将铜和不锈钢原材料加工到待焊接状态。

S2：尺寸检测：检测铜与不锈钢间隙距离不大于0.05mm。

S3：清洗：部件经过去离子水清洗，再吹干。

S4：真空钎焊装配：采用工装组装待焊接的铜、不锈钢和钎料。

S5：真空钎焊：真空炉中实施钎焊得到铜不锈钢真空钎焊接头。

S6：目视检测：目视检测钎焊接头质量。

在一些实施例中，具有检测资质人员依据ISO18279：2004目视检测钎焊接头质量。

S7：第一剪切试验：将步骤S6目视检测合格的钎焊接头两个一组通过四个螺栓压紧铜块形成叠层搭接，并在所述钎焊接头两个一组的上下位置焊接竖直夹块，水平位置焊接水平夹块4，以将所述钎焊接头装配在铜不锈钢真空钎焊接头的质量检测装置上，形成如图1和图3所示的状态，同时拉伸两个竖直夹块和/或同时拉伸两个水平夹块，完成第一剪切试验。

需要说明的是，在第一剪切试验中，如图1所示，可以在竖直方向上进行拉伸，剪切力N1大于2Mpa，小于4Mpa；也可以在水平方向上进行拉伸，剪切力N2大于2Mpa，小于4Mpa。

S8：77K冷热冲击：通过所述液氮进口尺寸通入77K液氮5min，钎焊接头经过液氮77k温度下强迫冷却5min再回归室温20摄氏度环境5min，如此冷热冲击5次。

S9：第二剪切试验：通过所述空气进口采用高压空气充盈所述测试罐体，静置待温度显示恢复室温20摄氏度时，同时拉伸两个竖直夹块和/或同时拉伸两个水平夹块，完成第二剪切试验。

需要说明的是，第二剪切试验与第一剪切试验是模拟不同工况下的剪切试验，第二剪切试验通常是和第一剪切试验的拉伸方向一致，并且剪切力的大小也一致。

S10：宏观金相：对钎焊接头钎焊横向、纵向金相断面检测。

在一些实施例中，依据ASTM Section IX 2010 QB-180以及ISO17639：2013对钎焊接头钎焊横向、纵向金相断面检测。

S11：真空钎焊制造报告：专业资质人员出具铜不锈钢真空钎焊接头质量检测认证报告。所述质量检测认证报告中至少包括如上所述的步骤S6-S10所检测到的相关质量检测数据。

在一些实施例中，所述铜不锈钢真空钎焊接头由316L不锈钢管和铜块真空钎焊组成；所述步骤S1中，在备料时，316L不锈钢管截断取长长度不小于300mm，所述铜块为无氧铜，加工铜块底座安装面圆弧半径与所述316L不锈钢管外径一致。

进一步，步骤S5中，接头钎焊采用型号B-Au72Cu28钎料，钎料形式为片，厚度为0.03～0.05mm，面积18000～20000mm

所述接头钎焊工艺参数包括：进炉温度：环境温度；真空度：8.0×10-3pa～2.0×10-3pa；加热速度：3～6℃/Min；钎焊温度：810℃～840℃；全程时间：14～20H；稳定温度及时间：830℃，45Min～1h；冷却方式：随炉至300℃以下，充N2强冷；出炉温度：60℃以下；无焊后热处理。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。