高(gao)真空油擴散(san)泵(beng)冷(leng)卻水管新型(xing)焊(han)接工(gong)藝(yi)

　本文介紹(shao)了(le)高(gao)真空油擴散(san)泵(beng)壹(yi)種(zhong)新(xin)型的(de)冷(leng)卻水管與泵(beng)壁(bi)異種(zhong)金(jin)屬(shu)焊(han)接工(gong)藝(yi)，通(tong)過焊(han)接材料和(he)焊(han)接方(fang)法對比，並(bing)進(jin)行了(le)大(da)量(liang)試驗(yan)驗(yan)證，得(de)出了(le)此(ci)焊(han)接工(gong)藝(yi)工(gong)作(zuo)效率(lv)高，導熱效(xiao)果良好，並且(qie)消除了(le)高(gao)真空擴散(san)泵(beng)冷(leng)卻水管易(yi)脫落，返(fan)酸等現象。

　　高真空油擴散(san)泵(beng)是用來(lai)獲(huo)得(de)高(gao)真空或(huo)超(chao)高真空的(de)重要設(she)備(bei)。廣(guang)泛(fan)用於(yu)真空冶(ye)金(jin)、真空熱處(chu)理(li)、真空鍍膜(mo)、電子(zi)工(gong)業、航空航天、原子(zi)能(neng)等工(gong)藝(yi)領域(yu)。

　　高(gao)真空油擴散(san)泵(beng)的(de)冷(leng)卻形(xing)式分(fen)為水(shui)套冷卻和(he)盤管(guan)冷卻，理論(lun)上(shang)水套(tao)冷卻效果好，外形(xing)美觀(guan)，但(dan)是隔水擋(dang)圈不(bu)能(neng)與水(shui)套(tao)內表(biao)面(mian)進(jin)行緊(jin)密(mi)接觸(chu)，實(shi)際冷(leng)卻效果不理(li)想，在國(guo)外同類(lei)產品沒(mei)有(you)采用此(ci)冷卻方式，只有(you)國內少部分(fen)廠家(jia)采用此(ci)冷卻方式。

　　盤管(guan)冷(leng)卻目(mu)前應(ying)用廣(guang)泛(fan)，冷卻水在水(shui)管中(zhong)流動(dong)性好、冷卻均勻。但是由(you)於盤(pan)管與泵(beng)壁(bi)的(de)外(wai)表(biao)面(mian)接觸(chu)面(mian)小，如(ru)果兩者(zhe)之(zhi)間(jian)不(bu)填充(chong)導熱物質(zhi)，其(qi)冷卻效果差。

　　為了(le)提(ti)高盤(pan)管冷(leng)卻效果必須在盤(pan)管和(he)泵(beng)壁(bi)之(zhi)間(jian)填充(chong)導熱效(xiao)果好的(de)介質(zhi)。

　　泵(beng)壁(bi)外部(bu)的(de)冷(leng)卻水管為紫(zi)銅(tong)空心圓管(guan)，紫銅(tong)管的(de)重量輕(qing)、導熱性(xing)好 (導熱系(xi)數(shu)為100w/m℃不(bu)銹鋼為13w/m℃) 、耐腐(fu)蝕(shi)性強(qiang)、易(yi)彎(wan)曲、不(bu)易(yi)裂縫、不易(yi)折斷等優點(dian)，因此(ci)非(fei)常適(shi)合泵(beng)壁(bi)冷卻水管使(shi)用要(yao)求。冷卻水管與泵(beng)壁(bi)接觸(chu)時為線接觸(chu)，不(bu)能(neng)很(hen)好的(de)將能量(liang)從壹(yi)端傳至另壹(yi)端，為了(le)強(qiang)化(hua)傳熱的(de)途(tu)徑(jing)，只有(you)增加(jia)傳熱面(mian)積來(lai)提(ti)高傳熱效(xiao)率(lv)。

　　我(wo)公(gong)司在2010年以前，高真空油擴散(san)泵(beng)冷(leng)卻水管和(he)泵(beng)壁(bi)采用錫鉛(qian)焊(han)料釬(qian)焊(han)焊(han)接法，但是錫焊(han)在焊(han)接過程中需(xu)要添加酸(suan)性物質(zhi)，經過壹(yi)段(duan)時間(jian)泵(beng)壁(bi)出現滲(shen)酸現象，產品質(zhi)量(liang)及外觀(guan)大(da)打(da)折扣。

1、試驗(yan)過程

　　高真空擴散(san)泵(beng)泵(beng)壁(bi)的(de)材料為碳鋼，泵(beng)壁(bi)上(shang)纏繞(rao)的(de)冷(leng)卻水管材料為紫(zi)銅(tong)，這兩種(zhong)材料在焊(han)接中(zhong)稱(cheng)為異種(zhong)金(jin)屬(shu)焊(han)接 (鋼(gang)與有(you)色金(jin)屬(shu)焊(han)接) ，異種(zhong)金(jin)屬(shu)焊(han)接比(bi)同種(zhong)金(jin)屬(shu)焊(han)接困(kun)難(nan)得(de)多。

　　1.1、材料性(xing)能(neng)對比

　　首先(xian)對兩(liang)種(zhong)焊(han)接材料特(te)性進(jin)行了(le)分(fen)析，從(cong)表(biao)1可(ke)以看(kan)出(chu)，銅(tong)和(he)鐵的(de)導熱系(xi)數(shu)、線膨脹(zhang)系數(shu)、熔點(dian)、收(shou)縮(suo)率(lv)差異比較(jiao)大(da)，焊(han)接時熱量(liang)迅速從加(jia)熱區(qu)傳導出去(qu)，使(shi)母材與填充(chong)金(jin)屬(shu)難(nan)以熔(rong)合;焊(han)接時，在焊(han)縫金(jin)屬(shu)晶粒(li)間存(cun)在低熔點(dian)共晶，在焊(han)縫冷(leng)卻凝固過程中將產生較(jiao)大(da)的(de)焊(han)接應(ying)力，因此(ci)在接頭的(de)脆(cui)弱(ruo)部位形(xing)成(cheng)熱裂(lie)紋;這對銅(tong)和(he)鐵焊(han)接質(zhi)量(liang)非(fei)常不(bu)利。

表(biao)1 銅(tong)和(he)鐵物理(li)性能(neng)的(de)比(bi)較(jiao)

　　1.2、焊(han)材的(de)選(xuan)擇(ze)

　　由(you)於異種(zhong)金(jin)屬(shu)之(zhi)間(jian)金(jin)屬(shu)化(hua)學成(cheng)分(fen)差別(bie)很(hen)大(da)，過渡(du)層各(ge)部位(wei)的(de)性(xing)能(neng)將對焊(han)接整(zheng)體性(xing)能有(you)重要影(ying)響(xiang)。所(suo)以，在選(xuan)擇焊(han)接材料和(he)確(que)定焊(han)接工(gong)藝(yi)時不(bu)僅(jin)考慮(lv)焊(han)縫金(jin)屬(shu)本身的(de)成(cheng)分(fen)和(he)性能(neng)，而(er)且還(hai)要考(kao)慮(lv)過渡(du)層可能(neng)形(xing)成(cheng)的(de)成(cheng)分(fen)和(he)性能(neng)。

　　銅(tong)和(he)碳鋼焊(han)接采用了(le)SG-Cu Si3焊(han)絲(si)，此焊(han)絲(si)為矽(gui)青(qing)銅(tong)焊(han)絲(si)，焊(han)絲(si)含(han)有(you)3%的(de)矽(gui)及(ji)少量錳的(de)青(qing)銅(tong)，熔點(dian)在965~1035℃，焊(han)接工(gong)藝(yi)性(xing)能(neng)優(you)良，焊(han)縫機(ji)械(xie)強(qiang)度(du)高，焊(han)接完(wan)畢(bi)後，過渡(du)層的(de)主要成(cheng)分(fen)為Cu，導熱系(xi)數(shu)高(gao)。而(er)且SG-Cu Si3焊(han)絲(si)主要用於青(qing)銅(tong)、黃銅(tong)、紫銅(tong)與鋼(gang)的(de)焊(han)接。

　　1.3、焊(han)接過程

　　首先(xian)，按(an)照(zhao)高真空擴散(san)泵(beng)材質和(he)冷卻形(xing)式，制造(zao)壹(yi)臺(tai)樣(yang)品(pin) (見(jian)圖(tu)1) 。采購直(zhi)徑0.8 (mm) 和(he)1.0 (mm) 矽青(qing)酮焊(han)絲(si)各(ge)壹(yi)公(gong)斤，焊(han)接方(fang)式選擇(ze)了(le)TIG和(he)MIG兩種(zhong)方(fang)式。

圖(tu)1 試驗(yan)筒體

　　1.3.1、TIG焊(han)接試驗(yan)

　　TIG (鎢(wu)極氬弧(hu)焊(han)) 焊(han)接法的(de)主要優點是可焊(han)接的(de)材料範圍(wei)廣(guang)，不(bu)受(shou)形(xing)狀和(he)形(xing)式、面(mian)積約束;焊(han)縫根部易(yi)焊(han)透，接頭熱影(ying)響(xiang)區(qu)小，焊(han)件變形(xing)及裂紋傾(qing)向(xiang)小，焊(han)縫成(cheng)型(xing)好等優點(dian)。先(xian)行利用(yong)TIG焊(han)接進(jin)行試驗(yan)，從圖(tu)2可(ke)以看(kan)出(chu)焊(han)接後的(de)焊(han)縫均(jun)勻(yun)，泵(beng)壁(bi)和(he)冷卻水管無(wu)缺陷。因TIG焊(han)接焊(han)接效(xiao)率(lv)不高(gao)，因(yin)此(ci)對焊(han)接效(xiao)率(lv)進(jin)行了(le)測算，焊(han)接速(su)率(lv)僅為1.6mm/S，認為此(ci)焊(han)接方(fang)式不適(shi)合批(pi)量生產。

圖(tu)2 矽(gui)青(qing)銅(tong)焊(han)絲(si)采用TIG焊(han)法

　　1.3.2、MIG焊(han)接試驗(yan)

　　和(he)TIG焊(han)壹(yi)樣(yang)，它幾乎可以焊(han)接所(suo)有(you)的(de)金(jin)屬(shu)，尤(you)其(qi)適合於(yu)焊(han)接鋁(lv)及(ji)鋁合金(jin)、銅(tong)及銅(tong)合金(jin)以及(ji)不(bu)銹鋼等材料，與TIG焊(han)相比(bi)它不采用鎢(wu)極，成(cheng)本比TIG焊(han)低，而(er)且生(sheng)產效率(lv)高。

　　異種(zhong)金(jin)屬(shu)焊(han)接選(xuan)擇(ze)合適(shi)焊(han)接參(can)數是至觀(guan)重要的(de)。根據兩(liang)種(zhong)材料特(te)性，選擇(ze)小(xiao)電流大(da)電壓參(can)數。焊(han)接時焊(han)絲(si)對準(zhun)坡口(kou)中(zhong)心，保證(zheng)銅(tong)側(ce)和(he)鋼側(ce)母材同時熔(rong)化(hua)，減少鋼側(ce)未熔化(hua)缺陷產生。經過壹(yi)些(xie)系列的(de)焊(han)接試驗(yan),

　　從圖(tu)3可(ke)以看(kan)出(chu)焊(han)接外(wai)形(xing)美觀(guan)，焊(han)接截面(mian)熔合效(xiao)果良好，增加(jia)了(le)導熱面(mian)積而(er)且焊(han)材熔化(hua)後的(de)材料為銅(tong)。焊(han)接速(su)率(lv)9mm/S，是TIG焊(han)接的(de)7倍(bei)。

圖(tu)3 試驗(yan)矽青(qing)銅(tong)焊(han)絲(si)，采用MIG焊(han)接方(fang)式

　　1.4、成(cheng)本核算

　　擴散(san)泵(beng)原錫鉛(qian)焊(han)接工(gong)藝(yi)與現焊(han)接工(gong)藝(yi)成(cheng)本對比(bi)如(ru)下(xia)：

　　從(cong)表(biao)2表(biao)3可(ke)以看(kan)出(chu)，無(wu)論(lun)材料和(he)人(ren)工(gong)費用都降(jiang)低了(le)60%左右，效益上(shang)比較(jiao)客(ke)觀(guan)的(de)。

表(biao)2 材料費(fei)用(yong)對比

表(biao)3 人(ren)工(gong)費用對比

2、試驗(yan)測試結果

　　2.1、焊(han)縫試驗(yan)

　　整體焊(han)接完(wan)畢(bi)後，通(tong)0.3MPa水壓檢漏(lou)，並(bing)保壓10分(fen)鐘(zhong)，焊(han)接銅(tong)管無(wu)漏(lou)水(shui)現象。

　　擴散(san)泵(beng)在加(jia)熱過程中斷水20分(fen)鐘(zhong)，再(zai)進(jin)行通(tong)水(shui)，冷(leng)卻水管無(wu)脫(tuo)落(luo)，無(wu)漏(lou)水(shui)現象。

　　3.2、整體性(xing)能試驗(yan)

　　矽青(qing)銅(tong)焊(han)絲(si)焊(han)接的(de)成(cheng)品(pin) (見(jian)圖(tu)4) ，安裝(zhuang)在調(tiao)試工(gong)位上(shang)進(jin)行性(xing)能(neng)測試，在調(tiao)試過程中利用(yong)紅外測溫儀(yi)逐(zhu)點(dian)測量泵(beng)壁(bi)和(he)冷卻水管溫度(du)，測量得到的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行分(fen)析和(he)對比(bi)。

圖(tu)4 焊(han)接成(cheng)品(pin)調(tiao)試試驗(yan)

　　從上(shang)述數(shu)據(ju)可以看(kan)出(chu)，冷卻水管的(de)冷(leng)卻溫度快(kuai)速(su)的(de)傳遞到泵(beng)壁(bi)上(shang)，冷卻效果不亞於錫鉛(qian)焊(han)接形(xing)式。

3、結論(lun)

　　矽(gui)青(qing)銅(tong)焊(han)接在小(xiao)批量(liang)試制中(zhong)，采用MIG焊(han)法，焊(han)接效(xiao)率(lv)高，成(cheng)本低，成(cheng)型(xing)好。但是需(xu)要壹(yi)些(xie)專門(men)工(gong)裝(zhuang)來(lai)保證(zheng)焊(han)接工(gong)人(ren)的(de)水(shui)平(ping)趨(qu)於(yu)壹(yi)致(zhi)。焊(han)接過程中細化(hua)焊(han)接工(gong)藝(yi)參(can)數，才(cai)能(neng)達到良(liang)好的(de)焊(han)接效(xiao)果。

參(can)考文獻(xian)

　　[1]斯重遙，周(zhou)振豐.焊(han)接手(shou)冊版北京(jing)[S]:機械(xie)工(gong)業出版社出(chu)版1992.