一种用于钎焊电真空管用tzm合金/瓷封合金对封结构的卡具及钎焊方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于连接对封结构的卡具及钎焊方法，具体涉及一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的卡具及钎焊方法。
【背景技术】
[0002]TZM合金是在钼中加入T1、Zr和C等微量元素而形成的一种钼合金，它是钼基合金中使用最为广泛的高温合金之一。具有比纯钼高的再结晶温度和室温力学性能，同时具备导电导热性好，抗拉强度以及高温力学性能优良等特点，使其在军工、石油化工、航空航天和核能技术等领域有广泛的应用前景。瓷封合金作为陶瓷-金属封接材料，具备很高的气密性，适中的强度，较好的延伸率和切削性能，良好的导热、导电性及高温使用能力，在电真空器件中有获得了广泛的应用。将以上两种具备优异高温性能的材料进行可靠连接，可以组成具备高气密性和良好高温使用能力的对封结构。并有望将该对封结构应用在电真空器件中，使电真空器件获得优异的高温使用性能。
[0003]电真空器件中的对封结构，不仅要保证结构的可靠连接，还要满足高密封性和严格装配精度的要求。真空钎焊在对封结构的连接过程中展示了其巨大优势，选用合适的卡具能够保证对封结构的精确装配，合适的钎料配合恰当的钎焊工艺能够实现结构的可靠无缺陷连接，钎料充分填充对封结构的连接缝隙能够保证结构对密封性能的要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要提供一种能够实现对封结构可靠无缺陷连接的技术，保障结构对高密封性和严格装配精度的要求。一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的卡具及钎焊方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的卡具，其特征在于由装配卡具和钎焊卡具组成，其中:
装配卡具由304不锈钢制成，用于TZM合金/瓷封合金对封结构的装配，其由不锈钢底座和不锈钢定位块构成，所述的不锈钢底座设有底板，底板上设有用于固定TZM合金管的套筒状轴柱，所述的不锈钢定位块设有套在轴柱上并与轴柱相配合的套管，套管下端设有与底板相接触的环形底盘，套管上端设有用于固定瓷封合金的带中心通孔的环形顶盖，顶盖中心孔、套管和轴柱的轴线为同一轴线。
[0006]钎焊卡具由石墨制成，用于TZM合金/瓷封合金对封结构钎焊过程中的定位，其由石墨底座和石墨定位块构成。所述的石墨底座设有底板，底板中央设有用于固定TZM合金管的圆形凹槽，圆形凹槽外的底板上设有用于固定石墨定位块的环形定位凹槽，圆形凹槽与环形定位凹槽形成一环形凸台，所述石墨定位块为内径与环形凸台相配合的套管，套管下端设有与石墨底座上的环形定位凹槽相配合的环形支座，套管上端设有带中心通孔的环形顶盖，顶盖中心孔、套管、圆形凹槽、环形凸台和环形定位凹槽的轴线为同一轴线。
[0007]本发明所述的套管和轴柱相配合的连接面上设有与套管或轴柱轴线相平行的定位凸台和定位凹槽，定位凸台和定位凹槽相配合，其截面呈三角形，以提高套管和轴柱的装配精度。
[0008]本发明所述的套管与环形凸台相配合的连接面上设有与套管或环形凸台轴线相平行的定位凸台和定位凹槽，定位凸台和定位凹槽相配合，其截面呈三角形，以提高套管和环形凸台的装配精度。
[0009]本发明所述的装配卡具能够保障对封结构的精确装配，采用304不锈钢制成，且卡具在装配过程中不易受到磨损。由于金属卡具在钎焊过程中受到高温作用后容易形变，会破坏结构的装配精度，所以对封结构在钎焊过程中不能选用不锈钢制备的钎焊卡具；钎焊卡具采用石墨制成，其高温稳定性好不易形变，能够保障对封结构在钎焊过程中的装配精度。由于石墨卡具质软强度低，对封结构在装配过程中容易对卡具造成磨损，会破坏卡具精度，所以对封结构装配过程中不能选用石墨制备的装配卡具。
[0010]一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的钎焊方法，其特征在于步骤如下:
1)将TZM合金管连接部分的内表面和瓷封合金管连接部分的外表面以及箔状CuPt钎料的两个面用砂纸进行打磨，以除去表面氧化膜；
2)根据对封结构结合面的尺寸，将箔状CuPt钎料绕成环形CuPt钎料；
3)选用丙酮溶液对TZM合金管、瓷封合金管和环形CuPt钎料进行超声清洗，清洗15~25min后烘干备用，
4)将环形CuPt钎料放在TZM合金管和瓷封合金管被打磨的表面之间进行预装配，环形CuPt钎料与TZM合金管及环形CuPt钎料与瓷封合金管之间都进行紧密装配；
5)将预装好的焊件放在装配夹具上，进行对封结构中心度调整和对封结构高度调整；
6)将步骤5)中装配好的待焊件用石墨钎焊夹具进行固定，放置在真空钎焊炉中，进行加热焊接；
7)焊件加热焊接后冷却至室温，取出，焊件表面进行清洁处理。
[0011]本发明所述步骤5)中，对封结构中心度调整，旋转装配夹具的不锈钢定位块，保证TZM合金管的中轴线和瓷封合金管的中轴线在一条直线上。
[0012]本发明所述步骤5)中，对封结构高度调整，用游标卡尺测量瓷封合金管与装配夹具定位块上表面的距离，控制这个距离在±lmm左右。
[0013]本发明所述步骤6)中，在石墨钎焊夹具和对封结构的接触面处涂抹真空钎焊阻焊剂薄层，所述的真空阻焊剂由氧化钇组成。
[0014]本发明所述步骤6)中，将钎焊卡具放置在真空钎焊炉中后，真空度抽至小于4X10 3Pa,控制加热速率为10~25°C /min,以1160~1200°C的钎焊温度进行钎焊连接，保温30~120s后以10~20°C /min的降温速率降至200°C以下，之后随炉冷却至室温。
[0015]本发明所述步骤7)中，焊件表面清洁处理，先用砂纸打磨焊件表面的氧化皮，随后在丙酮溶液中超声清洗10~15min，既可得到完美的钎焊件。
[0016]本发明的优点在于:
I)采用真空钎焊连接，能够实现对封结构的整体一次性连接，有效减小结构变形，提高连接质量。
[0017]2)采用两套卡具，装配卡具保障对封结构中心度和高度，钎焊卡具避免对封结构钎焊过程中发生形变，保障装配精度。
[0018]3)通过钎焊获得的焊件不仅性能良好，而且便于操作，安全稳定。
【附图说明】
[0019]图1为本发明中的装配夹具的示意图。
[0020]图2为本发明中装配夹具的不锈钢底座的俯视图。
[0021]图3为本发明中的装配夹具的不锈钢定位块的俯视图。
[0022]图4为本发明中的钎焊夹具的装配示意图。
[0023]图5为本发明奸焊卡具的石墨底座的俯视图。
[0024]图6为本发明钎焊卡具的石墨定位块的俯视图。
[0025]图7为对封结构的TZM合金管，CuPt钎料和瓷封合金管的装配示意图。
[0026]图8为本发明中的装配卡具与TZM合金/瓷封合金对封结构的装配示意图。
[0027]图9为本发明中的石墨卡具与TZM合金/瓷封合金对封结构的装配示意图。
[0028]图10为本发明实施例2钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构获得的焊后接头的界面微观组织照片。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明作进一步描述:
一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的卡具，其特征在于由装配卡具和钎焊卡具组成，其中:
装配卡具由304不锈钢制成，用于TZM合金/瓷封合金对封结构的装配，其由不锈钢底座I和不锈钢定位块2构成，所述的不锈钢底座I设有底板，底板上设有用于固定TZM合金管的套筒状轴柱，所述的不锈钢定位块2设有套在轴柱上并与轴柱相配合的套管，套管下端设有与底板相接触的环形底盘，套管上端设有用于固定瓷封合金的带中心通孔的环形顶盖，顶盖中心孔、套管和轴柱的轴线为同一轴线。
[0030]钎焊卡具由石墨制成，用于TZM合金/瓷封合金对封结构钎焊过程中的定位，其由石墨底座3和石墨定位块4构成。所述的石墨底座设有底板，底板中央设有用于固定TZM合金管的圆形凹槽，圆形凹槽外的底板上设有用于固定石墨定位块的环形定位凹槽，圆形凹槽与环形定位凹槽形成一环形凸台，所述石墨定位块为内径与环形凸台相配合的套管，套管下端设有与石墨底座上的环形定位凹槽相配合的环形支座，套管上端设有带中心通孔的环形顶盖，顶盖中心孔、套管、圆形凹槽、环形凸台和环形定位凹槽的轴线为同一轴线。
[0031]本发明所述的套管和轴柱相配合的连接面上设有与套管或轴柱轴线相平行的定位凸台和定位凹槽，定位凸台和定位凹槽相配合，其截面呈三角形，以提高套管和轴柱的装配精度。
[0032]本发明所述的套管与环形凸台相配合的连接面上设有与套管或环形凸台轴线相平行的定位凸台和定位凹槽，定位凸台和定位凹槽相配合，其截面呈三角形，以提高套管和环形凸台的装配精度。
[0033]本发明所述的装配卡具能够保障对封结构的精确装配，采用304不锈钢制成，且卡具在装配过程中不易受到磨损。由于金属卡具在钎焊过程中受到高温作用后容易形变，会破坏结构的装配精度，所以对封结构在钎焊过程中不能选用不锈钢制备的钎焊卡具；钎焊卡具采用石墨制成，其具高温稳定性好不易形变，能够保障对封结构在钎焊工程中的装配精度。由于石墨卡具质软强度低，对封结构在装配过程中容易对卡具造成磨损，会破坏卡具精度，所以对封结构装配过程中不能选用石墨制备的装配卡具。
[0034]一种用于钎焊电真空管用TZM合金/瓷封合金对封结构的钎焊方法，其特征在于步骤如下:
1)将TZM合金管5连接部分的内表面和瓷封合金管7连接部分的外表面以及箔状CuPt钎料6的两个面用砂纸进行打磨，以除去表面氧化膜；
2)根据对封结构结合面的尺寸，将箔状CuPt钎料6绕成环形CuPt钎料；
3)选用丙酮溶液对TZM合金管5、瓷封合金管7和环形CuPt钎料6进行超声清洗，清洗15~25min后烘干备用，
4)将环形CuPt钎料6放在TZM合金管5和瓷封合金管7被打磨的表面之间进行预装配，环形CuPt钎料与TZM合金管及环形CuPt钎料与瓷封合金管之间都进行紧密装配；
5)将预装好的焊件放在装配夹具上，进行对封结构中心度调整和对封结构高度调整；
6)将步骤5)中装配好的待焊件用石墨钎焊夹具进行固定，放置在真空钎焊中，进行加热焊接；
7)焊件加热焊接后冷却至室温，取出，焊件表面进行清洁处理。
[0035]本发明所述步骤5)中，对封结