一种长晶炉水冷电极及其焊接工艺制造技术

本申请提供了一种长晶炉水冷电极的焊接工艺；此焊接工艺用于水冷电极的密封盖和电极本体的固定连接，以及电极柱和电极本体的固定连接；严格控制变温速率、保温时间和温度区间，有效降低焊接位残余应力，提高了钎缝的强度和气密性，避免加工变形，进一步提升长晶炉的气密性，并降低了工艺成本。并降低了工艺成本。

【技术实现步骤摘要】
一种长晶炉水冷电极及其焊接工艺


[0001]本专利技术金属材料加工
，B23K1/00，尤其涉及一种长晶炉水冷电极及其焊接工艺。

技术介绍

[0002]水冷电极是是连接真空炉外电源与炉内加热元件的关键部件；不同种类的真空炉对电极要求不同，一般真空炉需要同时保证高温和密封的环境，以上不仅要求对电极进行冷却保证其正常工作，还要求电极具有严格的密封性，防止冷却相滴落造成炉内环境不稳定的问题。另外，水冷电极在长晶炉上的安装需要在炉体上开孔，因此，对电极和炉体的匹配尺寸具有更加精密的要求，以使真空炉达到密封性能和工作性能的指标。
[0003]对于水冷电极，其电极杆与电极本体一般采用焊接方式连接，但是电极的焊接加工过程中容易产生变形，且焊接结构易产生焊接缺陷，从而导致电极和真空炉的密封性能下降，存在严重的安全隐患。
[0004]中国专利CN1493430A公开了一种等离子切割电极真空钎焊方法，该方法通过两段式升温和保温过程使钎料与电极配合性好，焊接均匀致密，产品质量稳定，合格率高；但是其未考虑到焊接过程中部件变形以致电极和炉体匹配性不好的问题。
[0005]因此，需提供一种长晶炉用水冷电极的焊接工艺，不仅使水冷电极具有优异的密封性能和力学强度，还能避免其加工变形，使其完美匹配长晶炉的开口，保证炉体的密封性能和稳定运行。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种长晶炉水冷电极的焊接工艺；此焊接工艺用于水冷电极的密封盖和电极本体的固定连接，以及电极柱和电极本体的固定连接。
[0007]进一步地，所述焊接工艺包括以下步骤：
[0008]S1、电极部件预处理；
[0009]S2、电极部件组装后真空焊接；
[0010]S3、冷却过程。
[0011]进一步地，本申请所对所述电极部件没有特别规定，根据电极需求进行设置。
[0012]进一步地，本申请所述电极部件的材质为铜材质，包括但不限于紫铜、黄铜、白铜、青铜中的任意一种或几种的组合。
[0013]进一步地，所述预处理步骤为清洗电极部件表面油污，包括但不限于水洗、酸洗、碱洗、复合清洗剂清洗、超声清洗、化学电泳清洗、蒸汽清洗、打磨中的任意一种或几种的组合；本专利技术不对此做严格规定，任何行业清洗去油污手段都可被选择。
[0014]在一种实施方式中，所述预处理为水洗。
[0015]电极部件组装后在焊接部位放置钎料进行真空钎焊。
[0016]进一步地，所述真空钎焊的钎料优选为银钎料，银质量含量为2
‑
50％；可选择的有BCu91PAg、BCu89PAg、BAg10CuZn、BCu80AgP、BAg18CuZnSn、BAg25CuZn、BAg30CuZnSn、BAg35CuZnCd、BAg40CuZnSnNi、BAg45CuZn、BAg45CuZnCd、BAg50CuZnSnNi、BAg50CuZnCd中的至少一种。
[0017]优选地，所述银钎料中银的质量含量为10
‑
45％。
[0018]更优选地，所述银钎料中银的质量含量为10
‑
35％；可选的有BAg10CuZn、BCu80AgP、BAg18CuZnSn、BAg25CuZn、BAg30CuZnSn、BAg35CuZnCd中的至少一种。当采用银含量为10
‑
50％的银钎料时，钎料对铜质电极表现良好的润湿性，一般情况下银含量越高钎焊性能越好，但是会显著提升工艺成本，银含量降低则又导致材料过烧、软化的风险；本申请通过以上钎焊工艺，可以使10
‑
35％银含量的钎料表现出相较于45
‑
50％银含量钎料几乎同等的效果，明显降低了工艺成本。
[0019]在一种优选的实施方式中，所述银钎料中银的质量含量为10％，牌号为HL301。
[0020]进一步地，所述步骤S2采用分段式升温，具体为：
[0021](1)先升温至300
‑
400℃进行预热，并保温1
‑
3h；
[0022](2)升温至580
‑
620℃保持0.2
‑
0.5h；
[0023](3)升温至730
‑
820℃保持1.5
‑
3.5h；
[0024](4)升温至840
‑
860℃保持1.5
‑
3h。
[0025]本申请在钎料升温焊接的过程中要严格控制好升温温度、速率和保温时间，有效降低焊接位残余应力，提高该位置的强度和气密性；先进行升温预处理，防止急热时钎料和电极的接触界面产生收缩应力，预增加界面的浸润性和焊接气密性；在580
‑
620℃和730
‑
820℃的温度区间内按照规定的升温速率进行加热保温，减小电极件内部的温度梯度，使各部分均匀受热，并使电极本体和钎焊界面区域的热应力达到最低；温度在840
‑
860℃时钎料主要进行熔化、破膜、铺展和润湿分散等活动，形成钎缝的结构组织。以上过程中均需要严格控制温度和升温速率，当温度过低时，导致钎料填充性能差，造成未钎透；升温速率过快或保温时间短则引起电极和钎焊区域较多的热应力残余，造成电极件易变形，钎焊区域焊接性能低；而保温时间太长时，电极件结构软化，可能会使钎料和电极材料产生脆性相和晶间渗入，影响电极力学性能，而且还会导致生产工艺效率降低，能源浪费。
[0026]优选地，步骤(1)中升温速率为10
‑
30℃/min，保温时间为1.5
‑
2.5h。
[0027]在一种更优选的实施方式中，步骤(1)的预热温度为350℃，升温速率为20℃/min，保温时间为2h。
[0028]优选地，步骤(2)的升温速率为5
‑
15℃/min。
[0029]在一种更优选的实施方式中，步骤(2)为：以10
‑
15℃/min的升温速率升温至600℃保温0.3h。
[0030]优选地，所述步骤(3)为：以2
‑
10℃/min的升温速率升温至750
‑
800℃保温2.5
‑
3h。
[0031]进一步优选地，步骤(3)的升温速率为5
‑
10℃/min。
[0032]优选地，步骤(4)的升温速率为2
‑
6℃/min。
[0033]降温过程是保持电极和焊接区域结构稳定性的重要因素，本申请的降温前阶段需要在一定压力下进行，防止电极和焊缝区的晶体排列结构在即刻卸压并冷却时产生松弛，从而导致整体力学强度的下降；另外，过快的焊缝冷却速度容易在焊缝及热影响区产生淬
硬组织，从而导致裂纹的产生；因此，需要严格控制冷却参数，提升焊接部位的强度和电极的气密性，避免产生应力变形导致电极的电极柱无法与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种长晶炉水冷电极的焊接工艺，其特征在于，所述焊接工艺包括以下步骤：S1、电极部件预处理；S2、电极部件组装后真空焊接；S3、冷却过程；步骤S2在真空下进行，真空度为0.05
‑
0.2Pa。2.根据权利要求1所述的焊接工艺，其特征在于，所述步骤S2采用分段式升温，具体为：(1)先升温至300
‑
400℃进行预热，并保温1
‑
3h；(2)升温至580
‑
620℃保持0.2
‑
0.5h；(3)升温至730
‑
820℃保持1.5
‑
3.5h；(4)升温至840
‑
860℃保持1.5
‑
3h。3.根据权利要求2所述的焊接工艺，其特征在于，步骤(1)中升温速率为10
‑
30℃/min，步骤(2)的升温速率为5
‑
15℃/min，步骤(4)的升温速率为2
‑
6℃/min。4.根据权利要求2所述的焊接工艺，其特征在于，步骤(3)为：以2
‑
10℃/min的升温速率升温至750
‑
800℃保温2.5
‑
3h。5.根据权利要求2所述的焊接工艺，其特征在于，步骤(4)为：以3
‑
4℃/min的升温速率升温至850℃保温2.5
‑
3h。6.根据权利要求1所述的焊接工...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱粟帛，
申请(专利权)人：申金电苏州精密机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：