一种包套管电阻焊真空封装的方法
【专利摘要】本发明提供了一种包套管电阻焊真空封装的方法，将试样置于一端封闭的金属包套管中；通过金属包套管的开口端将金属包套管内部抽真空至设定真空度后；将金属包套管置于两电极之间，对两电极通以电流，两电极之间的区域加热至设定温度后，利用液压平口钳对加热区域加压，使加热区形成密闭的焊接接头，从而将试样密封在金属包套管中。本发明真空效果好，生产效率高，封焊效率及成功率高，结构简单，生产成本较低。
【专利说明】
一种包套管电阻焊真空封装的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种包套管真空封焊的实验方法，适用于在没有真空热处理炉，或者制备过程中需要原材料保持真空的情况下(如热等静压预制件)进行热处理实验或材料制备，属于材料热处理及材料制备领域。
【背景技术】
[0002]目前用于热处理的包套管真空封装工艺多选用高温石英玻璃作为包套管，抽真空后采用氢氧火焰枪对石英管加热，使石英管软化并在大气压的作用下收缩闭合，完成真空封装，封装过程中需要严格控制加热时间，石英管软化部分容易出现孔洞，空气瞬间涌入真空系统，将会对真空栗造成严重损伤；由于石英管较脆，原材料若选用石英管作为包套体则无法热等静压成型。
[0003]用于热等静压制备工艺的包套管封焊主要在真空除气炉中进行，将包套管置于真空除气炉中，待真空除气炉达到较高真空度后，采用真空电子束焊接或者其他焊接技术对包套进行密封，该技术生产效率低，成本高;此外，由于包套管在真空炉中进行封焊，因而无法检测封焊完成时包套管是否漏气。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种包套管电阻焊真空封装的方法，能够利用常规热处理炉进行真空热处理实验;本发明还可以用于热等静压制备新材料的工艺，将原材料进行抽真空后封装在金属包套中作为预制体，为后续的热等静压工艺做准备。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:将试样置于一端封闭的金属包套管中；通过金属包套管的开口端将金属包套管内部抽真空至设定真空度后;将金属包套管置于两电极之间，对两电极通以电流，两电极之间的区域加热至设定温度后，利用液压平口钳对加热区域加压，使加热区形成密闭的焊接接头，从而将试样密封在金属包套管中。
[0006]所述的金属包套管一端通过电弧焊进行密闭。
[0007]所述的金属包套管采用机械栗和分子栗构成的两级栗抽真空，并采用真空计测量真空度。
[0008]所述金属包套管的外径等于两级栗抽气管的内径，并使用橡胶密封圈进行密封。
[0009]所述的金属包套管为长30?50cm的不锈钢管，两个电极之间的距离为10?12cm，距离金属包套管开口端较近的电极与抽气管接口处的距离为10?15cm。
[00?0]所述的设定真空度为气压小于6.0 X 10—4Pa。
[0011 ]所述的电极采用铜质夹子，夹子夹持在金属包套管外壁上，且夹子与金属包套管之间有环形铜质垫片。
[0012]所述的液压平口钳对加热区域加压时，平口钳以小于0.5mm/s的速度加压，压力为20?40MPa。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]由于本发明采用机械栗、分子栗两级组合，且包套管结构简单，真空度能达到6.0X 10—4Pa以上，真空效果好，满足真空热处理要求。此外，包套管内腔容积小，真空度从常压到高真空所需要的时间短，生产效率高。
[0015]本发明采用金属包套管，塑韧性好，在封焊过程中不会出现孔洞或断裂情况，不会损伤真空系统，封焊效率及成功率高。
[0016]本发明可以通过真空系统中的真空计实时监测包套管内的真空度是否达到目标值，通过真空计的示数可确定包套管是否漏气以及是否封焊成功，为生产活动带来极大便利。
[0017]本发明结构简单，不需要真空除气炉、真空热处理炉等设备，生产成本较低。
【附图说明】
[0018]图1为本发明【具体实施方式】的结构示意图；
[0019]图2为铜夹子3的结构示意图；
[0020]图中，1-平口液压钳上压头，2-包套管被加热区区域，3-铜夹子，4-包套管放置样品区域，5-试样，6-密封端，7-平口液压钳下压头，8-包套管与抽气管连接处，9-抽气管，10-包套管过渡区域，11-夹子，12-环形铜垫片。
【具体实施方式】
[0021]本发明的包套管真空封装工艺方法主要按照物理真空隔离的思路，利用金属包套管作为试样的容器或作为抽真空和电阻焊的载体。对装有样品的金属包套管抽真空至预期真空度后，将包套管置于两电极之间，通以电流，电流通过的区域会产生电阻热，当该区域加热至一定温度后，利用液压平口钳对加热区域施加一定压力并保持一定时间，使加热区形成密闭的焊接接头，从而将试样密封在金属包套管中。然后将封装好的样品置于常规热处理炉中进行热处理实验或者置于热等静压设备中制备材料。
[0022]本发明关于金属包套管除气电阻焊封装的实验装置(如图1所示)主要由半封闭包套管、真空系统、直流电加热系统和液压系统四部分组成:
[0023]其中包套管为不锈钢管(或其他金属管)，包套管一端通过普通的电弧焊进行密闭；为了保证与真空系统的紧密连接，包套管外径必须等于抽气管的内径(直径为10mm)，并使用橡胶密封圈进行密封。所述真空系统由机械栗、分子栗两级栗及真空计组成，能使包套管达到较高的真空度，并能实时检测。所述直流电加热系统由直流稳压电源、电源线、铜夹子、铜垫片组成，采用低电压(16V)高电流(O?350A)，由于加热包套管的过程中电流较大，需要确保包套管与电源线接触良好，使用环形铜垫片(环形铜垫片12的内径为1mm)能很好地满足这一要求。所述液压系统由液压站、液压站控制柜、平口液压钳组成，通过调节控制柜上的输出选项来使平口液压钳的压头缓慢地压下，避免包套管由于变形速度过快而出现开裂的现象。
[0024]本发明的操作步骤如下:
[0025]I)取一段长度为30?50cm的包套管，用普通的电弧焊将其中一端封住并确保不漏气，将试样装入包套管，位置尽量靠近堵住的那一端；
[0026]2)将包套管没有封住的一端与真空系统的抽气管连接，确保接口处结合紧密。
[0027]3)利用机械栗及分子栗组成的真空系统对包套管抽真空至6.0X 10—4Pa以上。
[0028]4)用导线将直流稳压电源输出端的正负极分别与两个铜夹子连接，确保导电性良好;将铜夹子夹在包套管上，夹子与包套管之间垫环形铜垫片，两个夹子之间的距离为10?12cm，距离包套管开口端较近的夹子与抽气管接口处的距离为10?15cm，避免加热过程中接口处的包套管温度过高，影响气密性;接通电流之后，两个夹子之间的包套管部分由于电阻较大，由焦耳定律Q= I2Rt可知该处会产生大量的热，逐渐加大电流(10?20A/s)，使包套管温度逐渐升高至1000?1100°C。
[0029]5)当包套管被加热的部分温度达到1000?1100 °C后，使用平口液压钳对被加热的区域进行钳压，并保压2?3min，使压合部分充分结合。
[0030]6)封焊完成后关闭直流稳压电源、真空系统，取下包套管，完成封焊操作。
[0031]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。本实施例采用如图1所示的装置，包括以下步骤:
[0032]1、取一段长度大于30cm外径为1mm的不锈钢包套管(或其他金属材料包套管)，利用普通电弧焊技术将包套管一端封住，作为密封端6，并保证气密性良好，将试样5装入包套管，位置尽量靠近密封端6。
[0033]2、将包套管没有堵住的一端与真空系统的抽气管9(内径为1mm)连接，用密封圈、螺母等零件固定，确保接口处结合紧密，不会漏气。
[0034]3、先使用机械栗将包套管内真空度抽到IPa左右，然后同时使用分子栗、机械栗两级栗对包套管抽真空至6.0 X 10-4Pa以上。
[0035]4、使用导线将直流稳压电源输出端的正负极分别与两个夹子11连接，确保连接处导电性良好;将夹子夹在包套管上，夹子与包套管之间垫环形铜块12，改善导电性能，两个夹子3之间的距离为10?12cm，夹子与抽气管接口之间的过度区域10长度为10?15cm，打开直流稳压电源开关，调节输出电流以40?50A/s的速度由OA增大至250A，保持2?2.5min至包套管温度升高到500?600 °C;然后以20?30A/S的速度增大电流至300A，保持Imin;继续调节电流至350A，保持lmin。
[0036]5、打开液压站电源，在平口液压钳上下压头与包套管之间各放一层绝缘板，调节液压钳压头下降速度为I?2mm/s，使液压钳上下压头缓慢(小于0.5mm/s)地将包套管压合，调节直流稳压稳流电源输出电流为330A，保持压力3min，使压合部分充分结合(此工艺适用于不锈钢包套管，若选择其他材料的包套管，需要调整电流、时间等参数)。
[0037]6、封焊完成后关闭直流稳压电源、真空系统，使平口液压钳上压头I抬起，取下包套管，完成封焊操作。
【主权项】
1.一种包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于包括下述步骤:将试样置于一端封闭的金属包套管中；通过金属包套管的开口端将金属包套管内部抽真空至设定真空度后；将金属包套管置于两电极之间，对两电极通以电流，两电极之间的区域加热至设定温度后，利用液压平口钳对加热区域加压，使加热区形成密闭的焊接接头，从而将试样密封在金属包套管中。2.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的金属包套管一端通过电弧焊进行密闭。3.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的金属包套管采用机械栗和分子栗构成的两级栗抽真空，并采用真空计测量真空度。4.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述金属包套管的外径等于两级栗抽气管的内径，并使用橡胶密封圈进行密封。5.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的金属包套管为长30?50cm的不锈钢管，两个电极之间的距离为10?12cm，距离金属包套管开口端较近的电极与抽气管接口处的距离为10?15cm。6.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的设定真空度为气压小于6.0 X 10—4Pa。7.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的电极采用铜质夹子，夹子夹持在金属包套管外壁上，且夹子与金属包套管之间有环形铜质垫片。8.根据权利要求1所述的包套管电阻焊真空封装的方法，其特征在于:所述的液压平口钳对加热区域加压时，平口钳以小于0.5mm/s的速度加压，压力为20?40MPa。
【文档编号】B23K11/02GK105880816SQ201610429704
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】罗贤, 杨延清, 朱玉然, 王友其, 陈彦
【申请人】西北工业大学