钎焊-扩散焊用实验夹具和对焊棒材的焊接方法

1.本发明涉及焊接技术领域，具体而言，涉及钎焊-扩散焊用实验夹具和对焊棒材的焊接方法。


背景技术：

2.在焊接工艺中，焊接工装夹具是将焊件准确定位并夹紧，用于装配和焊接的工艺装备。焊接工装夹具设计时需要满足以下要求：(1)工装夹具应具备足够的强度和刚度；(2)夹紧的可靠性；(3)焊接操作的灵活性；(4)便于焊件的装卸；(5)良好的工艺性。
3.现有的焊接工装夹具无法较佳地适应对焊棒材的材质、尺寸、外形及加工精度的变化，特别是针对不同直径及高度的对焊棒，极易出现因母材装配错位及高温夹具膨胀变形等原因，导致了对焊母材间的无效焊接及母材错位严重等情况。另外，在焊接过程中，对焊棒材间的钎料高温熔化后的中间层液滴，在压力的作用下，挤出对焊棒材焊接面，流动至夹具与棒材之间，随着温度的降低，钎料凝固后，导致了夹具与棒材之间小区域的焊接，这也会导致焊后夹具拆卸的复杂性，同时，由于夹具的整体结构复杂，焊接完成后清理夹具繁琐。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供钎焊-扩散焊用实验夹具和对焊棒材的焊接方法。
6.本发明是这样实现的：
7.第一方面，本发明提供一种钎焊-扩散焊用实验夹具，包括垫板和定位件，垫板包括第一垫板和第二垫板，两个垫板对应间隔设置，第一垫板上开设有第一定位凹槽，第二垫板对应于第一定位凹槽处开设有第二定位凹槽，定位件安装于第一定位凹槽和第二定位凹槽之间，用于固定第一垫板和第二垫板的相对位置。
8.第一垫板上还设置有对焊棒定位凹槽，第二垫板对应于对焊棒定位凹槽开设有对焊棒定位通孔，以使得第一垫板和第二垫板通过定位件定位后，位于对焊棒定位凹槽和位于对焊棒定位通孔中的两个对焊棒材能够被准确对位夹持。
9.可以理解的是，上述记载中的“对应”是指二者的平行投影完全重合，平行投影是指由相互平行的投射线垂直于投影面所产生的投影。
10.为了更好地固定第一垫板和第二垫板的相对位置，第一定位凹槽和第二定位凹槽的大小、结构应当完全相同，且和定位件的大小、结构相匹配。
11.可以理解的是，两个待焊接的对焊棒材的直径应当完全相同，因此，为了保证两个对焊棒材能够被准确地对位夹持，对焊棒定位凹槽和位于对焊棒定位通孔的大小、结构也应当完全相同，且和两个对焊棒材的大小、结构相匹配。
12.在焊接工艺过程中，常常需要将两个相同或不同的结构焊接在一起，例如对焊棒材的焊接，对焊棒材在焊接过程中需要确定两个对焊棒材的相对位置，使二者对正，才能确
保焊接后的结构达到使用标准。但现有的焊棒夹具多用螺栓固定，常温下可将焊件装配紧密，但是高温下螺柱与螺母容易出现膨胀变形，导致夹具提供的夹紧力过大，上方的焊件易被卡死，无法在自身重力或外界压力下与下方的焊件紧密贴合，焊缝间隙过大，熔化后的钎料或中间层合金流走，导致接头强度下降甚至无法形成致密的接头。
13.发明人通过定位件与第一定位凹槽和第二定位凹槽之间的配合，将第一垫板和第二垫板的相对位置固定，可有效地定位对焊棒材，从而使得焊件的装配精确快速，对中性准确；进一步地，通过对焊棒定位凹槽和对焊棒定位通孔的配合将两个对焊棒材定位，提高了焊接精度，此外本发明的对焊棒定位通孔可以根据不同焊件的高度进行调整，满足了焊接不同焊件的灵活性，同时该实验夹具能够满足高温下焊接定位的要求，且焊后夹具拆卸简便，夹具清理简便，重复使用性强。
14.在可选的实施方式中，为了便于调整焊接过程中需要对不同直径对焊棒材进行焊接，对焊棒定位凹槽和对焊棒定位通孔内均设置有环形垫片，在实际使用过程中只需要制备不同内径的环形垫片就可以满足焊接不同直径对焊棒材的需求。此外，对焊棒材穿过环形垫片进一步固定，能够对对焊棒材进行进一步定位。
15.优选地，环形垫片的数量为对焊棒定位凹槽与对焊棒定位通孔的数量之和。
16.优选地，为了满足夹具的高温使用需求，环形垫片为石墨垫片。在其他实施方式中，环形垫片也可以是其他具有热稳定性的材质。
17.优选地，环形垫片的厚度为1～3mm，垫片的外径为34～45mm，内径为5～30mm。
18.在可选的实施方式中，为了便于安装和固定环形垫片，对焊棒定位凹槽为阶梯型凹槽，包括第一容置部和第二容置部，第一容置部内容纳有环形垫片，第二容置部用于容纳对焊棒材。为了固定环形垫片，第一容置部的直径需大于第二容置部。
19.优选地，对焊棒定位凹槽的加工原则为：
20.d1＝d2 (d3-d4) (0.02～0.05)mm
21.d5＝d1-(1～6)mm
22.h1＝h2 h3
23.h2＝2～5mm，h3＝2～6mm
24.其中，d1为第一容置部的直径，d2为对焊棒材的直径，d3为垫片的外径，d4为垫片的内径，d5为第二容置部的直径；h1为对焊棒定位凹槽的高度，h2为第一容置部的高度，h3为第二容置部的高度。
25.在可选的实施方式中，对焊棒定位通孔为阶梯型通孔，包括第三容置部和第四容置部，第三容置部内容置垫片，第四容置部用于容纳对焊棒材。为了固定环形垫片，第三容置部的直径大于第四容置部。
26.优选地，对焊棒定位通孔的加工原则为：
27.d8＝d1，d9＝d5，h7＝h2
28.其中，d8为第三容置部的直径，d9为第四容置部的直径，h7为第三容置部的高度。
29.在可选的实施方式中，定位件为石墨棒，石墨棒的选取原则为：
30.d7＝d6 (0.02～0.05)mm
31.h6＝h4 2h5 (3～5)mm
32.h5＝3～5mm
33.其中，d7为第一定位凹槽的直径，d6为石墨棒的直径，h4为容置于对焊棒定位凹槽内高度最短的一个对焊棒材的高度，h5为第一定位凹槽的深度，h6为石墨棒的高度。
34.在可选的实施方式中，为了使第一垫板和第二垫板的相对位置固定，且预留尽量多的空间用于容置对焊棒材，定位件为4个，分布于第一垫板和第二垫板的四周。
35.在可选的实施方式中，对焊棒定位凹槽为1～8个，例如对焊棒定位凹槽可以是1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个。
36.在可选的实施方式中，垫板为长方体板材或圆柱形板材，优选地，垫板的厚度为15～20mm。
37.在可选的实施方式中，垫板、第一定位凹槽、第二定位凹槽、定位件、对焊棒定位凹槽以及对焊棒材的平整度均为0.01mm～0.03mm。通过对各平面的平整度要求，可以提高各平面的精度，使得该实验夹具作用后的夹紧效果更好。
38.第二方面，本发明提供一种对焊棒材的焊接方法，包括使用前述实施方式任一项的实验夹具夹持对焊棒材进行焊接。
39.优选地，对焊棒材的总高度为15～80mm，直径为5～30mm。
40.其中，对焊棒材的总高度是指两个待焊接的对焊棒材相对夹紧时的高度。
41.在可选的实施方式中，对焊棒材在被夹持前还包括对实验夹具进行预处理。预处理可以去除夹具表面的细小杂质，减少夹具与棒材之间的磨损，同时达到更好的夹紧效果。
42.预处理包括使用酒精和丙酮清洗实验夹具，并在第一定位凹槽、第二定位凹槽、对焊棒定位凹槽以及第一垫板远离第二垫板的一端涂抹酒精混合的al2o3混合液。
43.本发明具有以下有益效果：
44.本发明提供了一种钎焊-扩散焊用实验夹具及对焊棒材的焊接方法，该实验夹具通过定位件与第一定位凹槽和第二定位凹槽之间的配合，将第一垫板和第二垫板的相对位置固定，可有效地定位对焊棒材，从而使得焊件的装配精确快速，对中性准确；进一步地，通过对焊棒定位凹槽和对焊棒定位通孔的配合将两个对焊棒材定位，提高了焊接精度，此外本发明的对焊棒定位通孔可以根据不同焊件的高度进行调整，满足了焊接不同焊件的灵活性，同时该实验夹具能够满足高温下焊接定位的要求，且焊后夹具拆卸简便，夹具清理简便，重复使用性强。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。
46.图1为本发明实施例1提供的钎焊-扩散焊用实验夹具的立体结构示意图；
47.图2为本发明实施例1提供的钎焊-扩散焊用实验夹具的截面图；
48.图3为本发明实施例1提供的钎焊-扩散焊用实验夹具夹持对焊棒材的截面图；
49.图4为本发明实施例2提供的对焊棒材通过钎焊-扩散焊用实验夹具夹紧状态时的俯视图。
50.主要元件符号说明：100-钎焊-扩散焊用实验夹具；110-第一垫板；111-第一定位
凹槽；112-对焊棒定位凹槽；1121-第一容置部；1122-第二容置部；120-第二垫板；121-第二定位凹槽；122-对焊棒定位通孔；1221-第三容置部；1222-第四容置部；130-定位件；140-环形垫片；200-对焊棒材。
具体实施方式
51.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
52.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
53.实施例1
54.请参照图1，本实施例提供了一种钎焊-扩散焊用实验夹具100，包括垫板和定位件130，其中垫板为长方体板材。在其他实施例中，垫板也可以是圆柱形板材，只要能够定位固定，同时对对焊棒材200进行限位即可，本发明对其具体形状不做限定。
55.垫板包括第一垫板110和第二垫板120，两个垫板对应间隔设置，第一垫板110的厚度为20mm，第二垫板120的厚度为15mm。
56.请参照图2，具体地，第一垫板110上开设有第一定位凹槽111，第二垫板120对应于第一定位凹槽111处开设有第二定位凹槽121，定位件130安装于第一定位凹槽111和第二定位凹槽121之间，用于固定第一垫板110和第二垫板120的相对位置。
57.在本实施例中，第一定位凹槽111和第二定位凹槽121均为圆柱形凹槽，为了更好地固定第一垫板110和第二垫板120的相对位置，第一定位凹槽111和第二定位凹槽121的大小、结构应当完全相同，且和定位件130的大小、结构相匹配。
58.具体地，第一定位凹槽111的直径d7为10.003mm，第一定位凹槽111的深度h5为3mm。
59.在本实施例中，为了保证高温焊接过程中夹具的稳定，定位件130为石墨棒，在其他实施方式中，定位件130也可以是其他具有高温稳定性的材质。
60.在本实施例中，石墨棒的直径d6为10mm，石墨棒的高度h6为47mm。
61.在本实施例中，为了使第一垫板110和第二垫板120的相对位置固定，定位件130为四个。对应地，第一定位凹槽111和第二定位凹槽121也均为四个，每一对平行投影重合的第一定位凹槽111和第二定位凹槽121之间容纳有一个定位件130，四个定位件130分别位于第一垫板110的四周，并通过第二定位凹槽121与第二垫板120连接，使第一垫板110和第二垫板120的平行投影重合。
62.第一垫板110上还设置有对焊棒定位凹槽112，第二垫板120对应于对焊棒定位凹槽112开设有对焊棒定位通孔122，以使得第一垫板110和第二垫板120通过定位件130定位后，位于对焊棒定位凹槽112和位于对焊棒定位通孔122中的两个对焊棒材200能够被准确对位夹持。
63.在本实施例中，对焊棒定位凹槽112为2个，在其他实施例中，对焊棒定位凹槽112的数量也可以根据实际需要设置为1个、3个、4个、5个、6个、7个或8个。
64.对应地，对焊棒定位通孔122的数量也为两个，即本实施例提供的钎焊-扩散焊用
实验夹具100可以同时焊接四个对焊棒材200。
65.在本实施例中，为了便于调整焊接过程中对不同直径焊件的焊接需求，对焊棒定位凹槽112和对焊棒定位通孔122内均设置有环形垫片140，在实际使用过程中只需要制备不同内径的环形垫片140就可以满足焊接不同直径对焊棒材200的需求。
66.此外，对焊棒材200穿过环形垫片140进一步固定，能够对对焊棒材200进行进一步定位。
67.在本实施例中，为了满足夹具的高温使用需求，环形垫片140为石墨垫片。在其他实施方式中，环形垫片140也可以是其他具有热稳定性的材质。
68.具体地，环形垫片140的数量为对焊棒定位凹槽112与对焊棒定位通孔122的数量之和，例如在本实施例中，环形垫片140的数量为4个。
69.在本实施例中，环形垫片140的厚度为2mm，垫片的外径d3为35mm，内径d4为16.003mm。
70.在本实施例中，为了便于安装和固定环形垫片140，对焊棒定位凹槽112为阶梯型凹槽，包括第一容置部1121和第二容置部1122，第一容置部1121内容纳有环形垫片140，第二容置部1122用于容纳对焊棒材200。为了固定环形垫片140，第一容置部1121的直径需大于第二容置部1122。
71.具体地，对焊棒定位凹槽112的参数包括：第一容置部1121的直径d1为35mm，第二容置部1122的直径d5为30mm，第一容置部1121的高度h2为3mm，第二容置部1122的高度h3为5mm，对焊棒定位凹槽112的高度h1为8mm。
72.在本实施例中，对焊棒定位通孔122为阶梯型通孔，包括第三容置部1221和第四容置部1222，第三容置部1221内容置垫片，第四容置部1222用于容纳对焊棒材200。为了固定环形垫片140，第三容置部1221的直径大于第四容置部1222。
73.为了夹紧夹具，对焊棒定位通孔122和对焊棒定位凹槽112的大小、形状完全相同，相应的第三容置部1221的直径d8与第一容置部1121的直径d1相等，均为35mm；第四容置部1222的直径d9与第二容置部1122的直径d5相等，均为30mm；第三容置部1221的高度h7与第一容置部1121的高度h2相等，均为3mm，第四容置部1222的高度以穿过第二垫板120的厚度为宜，在本实施例中具体为12mm。
74.在本实施例中，垫板、第一定位凹槽111、第二定位凹槽121、定位件130、对焊棒定位凹槽112以及对焊棒定位通孔122的平整度均≤0.03mm。通过对各平面的平整度要求，可以提高各平面的精度，使得该实验夹具作用后的夹紧效果更好。
75.本实施例提供的钎焊-扩散焊用实验夹具100，其安装方法如下：
76.先分别将四个定位件130放置于第一垫板110四周的四个第一定位凹槽111内；将两个环形垫片140分别安装于两个对焊棒定位凹槽112中，待用；再将第二垫板120置于第一垫板110的正上方，将定位件130的另一端安装于第二定位凹槽121内，再将另两个环形垫片140分别安装于两个对焊棒定位通孔122中，完成钎焊-扩散焊用实验夹具100的安装。
77.实施例2
78.本实施例提供了一种对焊棒材200的焊接方法，包括使用实施例1的钎焊-扩散焊用实验夹具100夹持对焊棒材200进行焊接。
79.本实施例待焊接的四个对焊棒材200均为圆柱状，且直径和高度均相等。在其他实
施方式中，两个待焊接的对焊棒材200的高度可以不同。
80.具体地，本实施例中的对焊棒材200的直径d2为16mm，每个对焊棒材200的高度为37mm，也即是对焊棒定位凹槽112内高度最短的一个对焊棒材200的高度h4为37mm，两个待焊接的对焊棒材200的总高度为74mm，对焊棒材200的平整度≤0.03mm。
81.对焊棒材200在被夹持前还包括对钎焊-扩散焊用实验夹具100进行预处理。预处理可以去除夹具表面的细小杂质，减少夹具与棒材之间的磨损，同时达到更好的夹紧效果。
82.预处理包括使用砂纸对钎焊-扩散焊用实验夹具100的表面进行清理，再使用酒精和丙酮清洗钎焊-扩散焊用实验夹具100，并在第一定位凹槽111、第二定位凹槽121、对焊棒定位凹槽112以及第一垫板110远离第二垫板120的一端涂抹酒精混合的al2o3混合液，待酒精挥发完成后，安装钎焊-扩散焊用实验夹具100，将待焊接的对焊棒材200放置于钎焊-扩散焊用实验夹具100中夹紧，放入炉中进行扩散焊。
83.本实施例中，将对焊棒材200放置于钎焊-扩散焊用实验夹具100中夹紧的操作过程如下：
84.如图3和4所示，先分别将四个定位件130放置于第一垫板110四周的四个第一定位凹槽111内；取两个待焊接的对焊棒材200分别置于两个对焊棒定位凹槽112中，将两个环形垫片140分别穿过两个对焊棒材200并容置于第一容置部1121内；然后将第二垫板120置于第一垫板110的正上方，将定位件130的另一端安装于第二定位凹槽121内，使钎焊-扩散焊用实验夹具100位置固定，取另两个待焊接的对焊棒材200分别穿过两个对焊棒定位通孔122，且一端与对焊棒定位凹槽112内容纳的对焊棒材200接触，取另两个环形垫片140穿过对焊棒材200并容置于第三容置部1221内，以调整每一对对焊棒材200的位置对中准确，完成钎焊-扩散焊用实验夹具100对对焊棒材200的夹持。
85.本发明实施例提供的一种钎焊-扩散焊用实验夹具100，其至少具有以下优点：
86.1)通过定位件130与第一定位凹槽111和第二定位凹槽121之间的配合，将第一垫板110和第二垫板120的相对位置固定，可以防止在焊接过程中两个垫板发生相对位移，从而使得焊件的装配精确快速，对中性准确。
87.2)通过固定第一垫板110和第二垫板120的相对位置，并通过焊棒定位凹槽和对焊棒定位通孔122的配合将对焊棒材200定位，提高了焊接精度。
88.3)此外，对焊棒定位通孔122可以容纳不同高度的焊件，满足了焊接不同焊件的灵活性。
89.4)环形垫片140的使用一方面可以进一步使对焊棒材200限位，进一步保证了焊件的对中性准确，另一方面，通过更换不同内径的环形垫片140能够对不同直径的对焊棒材200进行限位，不仅能够适用于不同直径的对焊棒材200的焊接，同时在更换不同直径的焊材时，无需拆、装实验夹具，只需更换不同的环形垫片140即可，使用方便。
90.5)该钎焊-扩散焊用实验夹具100组装和拆卸方便，夹具清理简便，重复使用性强，且不需要螺丝固定，耐高温，高温焊接过程中不会发生形变，能够满足高温下焊接定位的要求。
91.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。