接合用于过程和自动化技术的现场设备的两个组件制造技术

本发明专利技术涉及一种由至少一个第一组件(2)和一个第二组件(3)组成的设备(1)，其中第一组件(2)和第二组件(3)是用于过程和自动化技术的现场设备的组件，它们可以借助于接合点(6)各自在接合表面(4、5)处机械连接，具有两个金属表面层(7)，它们各自至少施加到第一组件的接合表面(4)和第二组件的接合表面(5)，其中表面层(7)的金属不同于第一组件(2)的金属和/或第二组件(3)的金属，并且由接合点(6)组成，其中接合材料(8)施加在两个组件的相应接合表面(4、5)之间，其中接合材料(8)至少包含至少部分由金属组成的颗粒，其中接合材料(8)的金属对应于表面层(7)的金属，其中两个组件(2、3)的接合发生在低于300℃的接合温度下。合发生在低于300℃的接合温度下。合发生在低于300℃的接合温度下。

Join two components of field equipment for process and automation technology

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】接合用于过程和自动化技术的现场设备的两个组件


[0001]本专利技术涉及一种由至少一个第一组件和一个第二组件组成的设备，其中第一组件和第二组件是用于过程和自动化技术的现场设备的组件，它们可以各自借助于接合点在接合表面处机械连接，并且涉及一种用于生产此类设备的方法。

技术介绍

[0002]从现有技术中已经知道在工业工厂中使用的各种现场设备。现场设备通常用于过程自动化以及制造自动化。
[0003]在过程中使用的以及检测和/或处理过程相关信息的所有设备原则上都被称为现场设备。因此，现场设备用于确定和/或影响过程变量。测量设备或传感器用于确定过程变量。例如，它们用于压力和温度测量、电导率测量、流量测量、pH测量、液位测量等，并检测压力、温度、电导率、pH值、液位、流量等的对应过程变量。致动器用于影响过程变量。例如，它们是泵或阀门，可以影响管道中的液体流量或储罐中的液位。除了上述测量设备和致动器之外，现场设备还被理解为包括远程I/O、无线电适配器，或者通常是被布置在现场级的设备。现场设备可以安装在储罐上，或者被安装在开关柜或开关室内。多种此类现场设备由恩德莱斯和豪瑟尔(Endress+Hauser)集团生产和销售。
[0004]通常，现场设备具有对过程变量和/或对确定过程变量具有决定性的参数具有高灵敏度的组件。此类敏感组件通常具有明确的物理属性，以便能够可靠地和可重复地确定过程变量。因此，非常重要的是，这些组件的灵敏度在组装期间或加工期间不受损。在组装期间，当敏感组件连接到另一组件或几个其他组件时，确保组件的属性不被破坏是特别重要的。
[0005]例如，带有可以被激励以机械振荡的振荡单元的振动测量设备用于检测极限水平。振荡单元可以被设计成具有紧固到膜上的两个杆的振荡叉，或者被设计成只有一个杆作为谐振器的单个杆。通常，将振荡单元激励到其谐振频率的压电或磁电驱动器位于通常较薄的膜的后侧。这里，重要的是，薄且敏感的膜被紧固在振荡单元中，以使得可以发生良好的振荡传输。
[0006]另一示例涉及压力测量设备，该压力测量设备在过程方向上具有压敏膜，该压敏膜借助于压力换能器将作用在过程侧的压力传输到压力传感器。膜与支撑件之间的压力腔室被封闭在膜面向外背向过程的一侧之下。将压力腔室连接到压力测量腔室的孔穿过支撑件，压力传感器被布置在压力测量腔室中。另外，压力腔室、孔和压力测量腔室填充有压力传输液体，其将从过程侧作用在膜上的压力传输到压力传感器。根据压力测量设备的设计，压力测量腔室可以在空间上靠近或远离压力腔室布置。在后者情况下，压力换能器也被称为隔膜密封件，并借助于压力传输线将压力腔室连接到压力传感器。这种设计对于高温过程特别重要，因为压力腔室与压力传感器之间的空间距离使得压力传感器免受高过程温度的影响。
[0007]压力测量设备的膜通常非常薄，以确保必要的压力灵敏度。典型的膜厚度在25μm
和150μm之间。因此，膜与支撑件的连接特别重要，因为膜由于其厚度小而对弯曲和应力非常敏感。基于压力换能器的示例，下文将讨论已知的接合方法及其问题。
[0008]在现有技术中已知的具有金属膜和金属支撑件的压力换能器的情况下，膜和支撑件经由接合点彼此连接。在此情况下，金属处理中已知的方法，诸如焊合或焊接，用于接合两个金属组件。然而，在焊合期间和焊接期间，可以通过相应方法彼此连接的材料或材料组合的选择是有限的。
[0009]目前用于接合金属支撑件和金属膜的焊接方法是激光束焊接。这使得有可能在由不锈钢制成的支撑件与由不锈钢或镍合金制成的膜之间产生高质量、耐压的接合点，镍合金诸如是商标名为哈氏合金(Hastelloy)的合金。然而，在激光束焊接期间出现的焊接缝具有相对较高的表面粗糙度。具有粗糙表面的压力换能器通常不能用于对换能器的卫生和清洁性有高要求的应用中。此外，焊接缝增加了腐蚀的风险，从长远来看，在最坏的情况下，甚至可能导致压力换能器失效。
[0010]这个问题可以通过现有技术中已知的方式来解决，即该膜被平坦地焊合到支撑件上。为此，将适于接合膜和支撑件的材料的焊料，通常是基于银、铜或镍的特殊合金，作为焊料层引入支撑件与膜的接合表面之间，并在真空或保护气体气氛中熔化。这种方法可以生产具有与介质接触的非常光滑的表面的压力换能器，从而满足高卫生要求。
[0011]然而，只有当支撑件和膜具有相同或至少相似的热膨胀系数时，才能使用焊合。其原因在于，在焊合具有不同热膨胀系数的组件的期间，由于所需的高焊合温度而产生热机械应力，并导致膜的永久应力。焊合温度取决于焊料的选择，并且对于当今常见的焊料来说，焊合温度很容易在大约700℃到1100℃的范围内。在这些高温下，即使热膨胀系数的相当小的差异也可能导致膜的变形和永久应力，这严重损害了膜的压力传输属性。
[0012]此外，在焊合期间，在焊合过程期间存在液体焊料渗入压力腔室的风险。渗入的焊料导致压力腔室的内部体积不受控制地减小，导致膜的柔性中的不确定的变化，并且可能导致膜由于作用于其上的压力而经历的偏转的限制或削弱。平焊的另一缺点是，由于气体夹杂，液体焊料中的气泡可能在支撑件与膜的接合表面之间形成。气泡可能导致冷却后接合点内残留空洞，这些空洞损害接合点的质量。
[0013]对于某些金属，焊合也不适合作为接合方法，因为诸如双相钢和超级双相钢等的金属在280
‑
300℃以上的温度下失去它们的耐腐蚀性。这些金属的组件可以替代地胶合。然而，对于快速变化的工艺条件，诸如温度冲击，胶合接合点不是很坚固。
[0014]金属或金属间接合点例如从DE 102016112198 A1和DE 102016112200 A1的现有技术中已知。此处，将金属接合装置应用于膜与支撑件的相应接合表面，并且膜和支撑件随后通过热压结合或通过反应结合在它们的接合表面处接合。在这两个说明书中，公开了低于300℃的接合温度，提供了施加到膜或支撑件上的至少一个接合部件包含锡。相对较低的接合温度降低了膜和接合点中的应力。然而，尤其是与锡的金属间接合点通常是易碎的，因为锡在这些接合温度下或储存期间在空气中部分氧化，从而阻碍了均匀层形成。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的是指定一种克服上述问题的压力换能器以及其生产方法。
[0016]该目的通过根据权利要求1的根据本专利技术的设备和根据权利要求14的根据本专利技术
的用于生产设备的方法来实现。
[0017]根据本专利技术的设备由至少一个第一组件和一个第二组件组成，其中第一和第二组件是用于过程和自动化技术的现场设备的组件，它们可以各自借助于接合点在接合表面处彼此机械连接，可通过包含以下步骤的方法获得：
[0018]‑
在每一情况下，用金属表面层涂覆第一和第二组件的至少接合表面，其中表面层的金属不同于第一组件的金属和/或第二组件的金属，
[0019]‑
在两个组件的相应接合表面之间施加接合材料，其中接合材料至少包含至少部分由金属组成的颗粒，其中接合材料的金属对应于表面层的金属，以及<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由至少一个第一组件(2)和一个第二组件(3)组成的设备(1)，其中所述第一组件(2)和所述第二组件(3)是用于过程和自动化技术的现场设备的组件，所述第一组件(2)和所述第二组件(3)能够各自借助于接合点(6)在接合表面(4、5)处彼此机械连接，能够通过包含以下步骤的方法获得：
‑
在每一情况下，用金属表面层(7)涂覆所述第一组件(2)和所述第二组件(3)的至少所述接合表面(4、5)，其中所述表面层(7)的金属不同于所述第一组件(2)的金属和/或所述第二组件(3)的金属，
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在两个组件(2、3)的相应接合表面(4、5)之间施加接合材料(8)，其中所述接合材料(8)至少包含至少部分由金属组成的颗粒，其中所述接合材料(8)的金属对应于所述表面层(7)的金属，以及
‑
通过在低于300℃的接合温度下加热，在所述第一组件(2)和第二组件(3)的相应的接合表面(4、5)处接合所述第一组件(2)和第二组件(3)。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备涉及压力换能器(1)，其中所述第一组件是金属支撑件(2)，并且所述第二组件是布置在所述金属支撑件(2)上以包围压力腔室(9)的金属膜(3)。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述颗粒具有银或铜或金作为金属。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述颗粒尤其包含硝酸银、乙酸银、碳酸银或氧化银。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述颗粒具有银、铜或金合金。6.根据权利要求1至5中的至少一项所述的设备，其中，除了至少部分由金属组成的所述颗粒之外，所述接合材料(8)至少包含液体和/或溶剂和/或添加剂。7.根据权利要求1至6中的至少一项所述的设备，其中，至少部分由金属组成的所述颗粒的直径小于1μm。8.根据权利要求1至7中的至少一项所述的设备，其中，所述第一组件(2)能够由不锈钢制造，尤其是由双相钢和/或超级双相钢，和/或非合金钢和/或蒙乃尔和/或铜合金制造，其中，所述第二组件(3)能够由不锈钢制造，尤其是由双相钢和/或超级双相钢，和/或哈氏合金和/或钽和/或蒙乃尔和/或钛和/或锆和/或铜合金和/或银合金和/或金合金制造。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔盖，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：