硬焊工藝及板組件的制作方法
【專利摘要】公開了一種硬焊工藝及板組件。該硬焊工藝包括將硬焊箔定位在第一工件上，然后將硬焊箔裝固到第一工件上來(lái)形成可硬焊的構(gòu)件，然后將第二工件定位成鄰近可硬焊的構(gòu)件，且然后將第二工件硬焊到可硬焊的構(gòu)件上。此外或作為備選，該硬焊工藝包括將硬焊箔定位在管上，然后將硬焊箔裝固到管上以形成可硬焊的管，然后將板組件的板定位成鄰近可硬焊的管，且然后將板硬焊到可硬焊的管上。板組件包括板和通過(guò)裝固到管上的硬焊箔來(lái)硬焊到板上的管。
【專利說(shuō)明】硬焊工藝及板組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明針對(duì)制造工藝和制造組件。更具體而言，本發(fā)明針對(duì)硬焊工藝和包括硬焊構(gòu)件的組件。
【背景技術(shù)】
[0002]硬焊來(lái)制造某些構(gòu)件可呈現(xiàn)出挑戰(zhàn)。一些構(gòu)件可具有在材料和/或需要它們裝固到彼此上的構(gòu)件的部分之間的接頭。例如，此類構(gòu)件存在于管與板構(gòu)件中，諸如，熱交換器和微混合器。
[0003]一次硬焊大量此類接頭(例如，在高達(dá)大約100個(gè)管之間硬焊到大約2個(gè)、4個(gè)或更多板之間)的先前嘗試導(dǎo)致較大且昂貴的返工。過(guò)去，此類返工歸因于較緊的公差(例如，用于鎳的硬焊的間隙范圍在大約0.0005英寸至大約0.004英寸之間)。很難將管和板的加工操作保持在這些公差內(nèi)。由于較緊的公差，引入附加變化源可為不期望的。
[0004]由于防止引入附加變化的加工操作，由硬焊引入的附加變化尤其是不期望的。已知的硬焊工藝使用硬焊膏來(lái)將管裝固到板上。然而，此類硬焊膏必須人工地應(yīng)用，這可能很昂貴，可導(dǎo)致硬焊膏的不一致的放置，可導(dǎo)致硬焊膏的不一致的量，且可通常僅施加到構(gòu)件的一側(cè)上，這可取決于流過(guò)間隙的硬焊膏的毛細(xì)管作用。因此，流取決于間隙尺寸，這也可變化。這些不一致可導(dǎo)致超過(guò)限定公差的變化。為了彌補(bǔ)這些變化，可使用昂貴的再硬焊步驟。避免此類再硬焊步驟將是期望的。
[0005]將在本領(lǐng)域中期望不存在一個(gè)或多個(gè)上述缺陷的硬焊工藝和硬焊的構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在示例性實(shí)施例中，一種硬焊工藝包括將硬焊箔定位在第一工件上，然后將硬焊箔裝固到第一工件上來(lái)形成可硬焊的構(gòu)件，然后將第二工件定位成鄰近可硬焊的構(gòu)件，且然后將第二工件硬焊到可硬焊的構(gòu)件上。裝固包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
[0007]在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種硬焊工藝包括將硬焊箔定位在管上，然后將硬焊箔裝固到管上以形成可硬焊的管，然后將板組件的板定位成鄰近可硬焊的管，且然后將板硬焊到可硬焊的管上。裝固包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
[0008]在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，一種板組件包括板和由裝固到管上的硬焊箔硬焊到板上的管。將硬焊箔裝固到管上包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
[0009]根據(jù)一實(shí)施例，一種硬焊工藝，包括:將硬焊箔定位在第一工件上；然后將所述硬焊箔裝固到所述第一工件上以形成可硬焊的構(gòu)件；然后將第二工件定位成鄰近所述可硬焊的構(gòu)件；以及然后將所述第二工件硬焊到所述可硬焊的構(gòu)件上；其中，所述裝固包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
[0010]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固通過(guò)間斷焊，繼之以燒結(jié)。
[0011]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固在熔爐中，所述熔爐具有用于所述硬焊箔的硬焊溫度的200 °F內(nèi)的溫度。[0012]根據(jù)一實(shí)施例，所述硬焊箔具有大約2050 °F的硬焊溫度。
[0013]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固進(jìn)行預(yù)定周期，所述預(yù)定周期在大約I分鐘至大約30分鐘之間。
[0014]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固通過(guò)涂鍍，且所述涂鍍?yōu)榛瘜W(xué)鍍。
[0015]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固通過(guò)涂鍍，且所述涂鍍?yōu)殡婂儭?br> [0016]根據(jù)一實(shí)施例，所述裝固通過(guò)涂鍍，以及所述工藝還包括遮蔽所述第一工件的至少一部分。
[0017]根據(jù)一實(shí)施例，所述硬焊工藝還包括在定位所述硬焊箔之前將所述硬焊箔切割成預(yù)定長(zhǎng)度。
[0018]根據(jù)一實(shí)施例，所述硬焊處于硬焊溫度，所述硬焊溫度在大約1500 T至大約2300 °F之間。
[0019]根據(jù)一實(shí)施例，所述硬焊進(jìn)行一定硬焊持續(xù)時(shí)間，所述硬焊持續(xù)時(shí)間在大約I分鐘至大約30分鐘之間。
[0020]根據(jù)一實(shí)施例，所述可硬焊的構(gòu)件為可硬焊的管。
[0021]根據(jù)一實(shí)施例，所述工藝包括將所述可硬焊的構(gòu)件安裝到板組件中。
[0022]根據(jù)一實(shí)施例，所述安裝包括將所述可硬焊的構(gòu)件機(jī)械鎖定到所述板組件中。
[0023]根據(jù)一實(shí)施例，所述板組件布置和設(shè)置成容納流體。
[0024]根據(jù)一實(shí)施例，所述板組件沒有流體泄漏。
[0025]根據(jù)一實(shí)施例，所述工藝包括檢查所述板組件的流體泄漏。
[0026]根據(jù)一實(shí)施例，一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的可硬焊的構(gòu)件和所述第二工件的板組件。
[0027]根據(jù)一實(shí)施例，一種硬焊工藝，包括:將硬焊箔定位在管上；然后將所述硬焊箔裝固到所述管上以形成可硬焊的管；然后將板組件的板定位成鄰近所述可硬焊的管；以及然后將所述板硬焊到所述可硬焊的管上；其中，所述裝固包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組
入
口 ο
[0028]根據(jù)一實(shí)施例，一種板組件，包括:板；以及通過(guò)裝固到所述管上的硬焊箔來(lái)硬焊到所述板上的管；其中，將所述硬焊箔裝固到所述管上包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組
口 ο
[0029]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從結(jié)合通過(guò)舉例的方式示出本發(fā)明的原理的附圖的優(yōu)選實(shí)施例的以下更詳細(xì)的描述而清楚。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性硬焊工藝的簡(jiǎn)圖。
[0031]圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的燃燒器中的示例性板組件的截面視圖。
[0032]圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖2中所示的燃燒器的板組件的實(shí)施例的放大視圖。
[0033]圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖2中所示的燃燒器的板組件的實(shí)施例的放大視圖。
[0034]圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的圖2中所示的燃燒器的板組件的實(shí)施例的放大視圖。
[0035]只要可能，則相同的參考數(shù)字將在所有圖中用于表示相同的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0036]提供了一種示例性硬焊工藝和板組件。例如，相比于不包括本文公開的一個(gè)或多個(gè)特征的硬焊工藝，本公開內(nèi)容的實(shí)施例改善了預(yù)定公差內(nèi)的構(gòu)件的產(chǎn)量、減少或消除與再硬焊相關(guān)聯(lián)的成本，提高了硬焊接頭的質(zhì)量和強(qiáng)度(例如，由于提高了間隙的精度)、允許受控量的硬焊材料施加到預(yù)定地點(diǎn)(例如，接頭)、提供大約100%的第一次產(chǎn)量、允許在其它情況下難以接近的區(qū)域(例如，用于檢查)中的硬焊、允許了復(fù)雜組件的單步驟硬焊，或它們的組合。
[0037]參看圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊工藝100包括將硬焊箔定位在第一工件上(步驟102)、然后將硬焊箔裝固到第一工件上(步驟104)，從而形成可硬焊的構(gòu)件，然后將第二工件定位成鄰近可硬焊的構(gòu)件(步驟106)，以及然后將第二工件硬焊到可硬焊的構(gòu)件上(步驟108)。裝固(步驟104)包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
[0038]硬焊箔為任何適合的硬焊材料，如，鎳基硬焊合金。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊箔為預(yù)先燒結(jié)的箔54，其將在下文中參照?qǐng)D4至圖5來(lái)進(jìn)一步描述。適合的材料包括但不限于按重量具有大約79.9%的N1、大約15%的Cr、以及大約3.6%的B和大約1.5%的Fe的擴(kuò)散硬焊合金，以及按重量具有大約70.9%的N1、大約19%的Cr和大約10.1%的Si的無(wú)硼硬焊合金。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊箔具有預(yù)定硬焊溫度，例如，在大約1500 °F和大約2300 °F之間、在大約1800 °F和大約2300 °F之間、在大約2000 °F和大約2300 °F之間、在大約2100 °卩和大約2200 °F之間、在大約2000 °F和大約2100 °F之間、在大約1500 °F和大約1800 °F之間、大約1500 °F、大約1800 °F、大約2000 °F、大約2050 °F、大約2100 °F、大約2150 0F、任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。
[0039]硬焊箔包括允許硬焊的任何適合的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊箔具有大約2mil的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊箔的定位(步驟102)包括將硬焊箔切割成預(yù)定長(zhǎng)度和/或?qū)挾取Ｇ懈畹挠埠覆ㄎ辉陬A(yù)定地點(diǎn)中，如，在一個(gè)或多個(gè)管(例如，具有如大約1/4英寸的外徑)或一個(gè)或多個(gè)板之間的接頭。此外或作為備選，使用具有預(yù)定長(zhǎng)度和/或?qū)挾鹊念A(yù)先切割的硬焊箔。
[0040]管和板包括任何適合的材料，例如，不銹鋼、鎳基合金、鐵基合金或任何其它適合的金屬或金屬材料。一種適合的鎳基合金具有按重量的以下成分:大約5%的鐵、在大約20%和大約23%之間的鉻、高達(dá)大約0.5%的硅，在大約8%和大約10%之間的鑰、高達(dá)大約0.5%的錳、高達(dá)大約0.1%的碳和余量的鎳。另一種適合的鎳基合金具有按重量的以下成分:大約15.5%的鉻、大約8%的鐵、高達(dá)大約0.5%的硅、大約1%的錳、高達(dá)大約0.15%的碳、高達(dá)大約0.5%的銅、高達(dá)大約0.015%的硫，以及余量的鎳。一種適合的鐵基合金具有按重量的以下成分:高達(dá)大約0.003%的碳、高達(dá)大約2%的錳、高達(dá)大約0.045%的磷、高達(dá)大約0.03%的硫、高達(dá)大約0.75%的硅、大約18%至大約20%的鉻、在大約8%和大約12%之間的鎳、高達(dá)大約0.1%的氮，以及余量的鐵。
[0041]裝固(步驟104)將第一工件上的硬焊箔至少暫時(shí)地保持在預(yù)定位置上來(lái)作為可硬焊的構(gòu)件。用于裝固(步驟104)的適合的技術(shù)包括但不限于間斷焊(例如，手動(dòng)點(diǎn)(poketack)焊或電阻點(diǎn)焊)，繼之以在低于用于硬焊箔的硬焊溫度的燒結(jié)溫度下燒結(jié)、電鍍、化學(xué)鍍、中間涂鍍工藝或它們的組合。
[0042]裝固(步驟104)將硬焊箔和第一工件作為可硬焊的構(gòu)件保持在預(yù)定位置，以使可硬焊的構(gòu)件能夠關(guān)于第二工件定位。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，裝固(步驟104)包括涂鍍，如，化學(xué)鍍和/或電鍍。在利用涂鍍的實(shí)施例中，裝固(步驟104)包括用于防止涂鍍不期望的地點(diǎn)的遮蔽步驟，包括施加中間層(例如，純的或大致純的鎳層)。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，裝固(步驟104)包括間斷焊，繼之以在燒結(jié)溫度下燒結(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，燒結(jié)溫度比硬焊溫度低大約200 °F，比硬焊溫度低大約100 °F、比硬焊溫度低大約50 0F、比硬焊溫度低大約50 °F和大約200 °F之間、比硬焊溫度低大約50 °F和大約100 0F之間、比硬焊溫度低大約100 °F和大約200 °F之間，或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。此外或作為備選，燒結(jié)溫度為在大約1300 °F和大約2200 °F之間、在大約1300 °F和大約2000 °F之間、在大約1300 °F和大約1800 °F之間、在大約1300 °F和大約1600 °卩之間、在大約1500 °F和大約1800 °F之間、在大約1800 °F和大約2100 °F之間，或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，裝固(步驟104)包括在預(yù)定持續(xù)時(shí)間內(nèi)將可硬焊的構(gòu)件定位在熔爐中，如在大約I分鐘和大約30分鐘之間、在大約5分鐘和大約15分鐘之間、在大約5分鐘和大約10分鐘之間、在大約10分鐘和大約15分鐘之間、在大約15分鐘和大約30分鐘之間、大約I分鐘、大約5分鐘、大約10分鐘、大約15分鐘、大約30分鐘或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。
[0046]第二工件根據(jù)允許插入或組裝的任何適合技術(shù)關(guān)于可硬焊的構(gòu)件定位(步驟106)。適合的技術(shù)包括但不限于使用機(jī)械連接、使用緊固件、使用粘合劑、使用聯(lián)鎖部件、使用槽口、使用夾具，或它們的組合。在其中第二工件為板而可硬焊的構(gòu)件為可硬焊的管的一個(gè)實(shí)施例中，可硬焊的管插入板中(或多個(gè)板或板組件11的一部分，這在下文中參照?qǐng)D2描述)，其中允許可硬焊的管膨脹(例如，由于熱)。膨脹使可硬焊的管鎖定就位，例如，在開始硬焊之前(步驟108)。
[0047]硬焊(步驟108)包括任何適合的(多種)技術(shù)和/或操作參數(shù)，如硬焊溫度和/或硬焊持續(xù)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，在不使用硬焊膏的情況下執(zhí)行硬焊(步驟108)。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊(步驟108)為單步驟硬焊步驟，且允許合并多個(gè)硬焊步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊溫度在大約1500 °F和大約2300 °F之間、在大約1500 °F和大約2300 °F之間、在大約1500 °F和大約1800 °F之間、在大約2000 °F和大約2300 °F之間、在大約1800 °F和大約2300 °F之間、在大約1800 °F和大約2100 °F之間，或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，硬焊持續(xù)時(shí)間在大約I分鐘和大約30分鐘之間、在大約5分鐘和大約30分鐘之間、在大約15分鐘和大約30分鐘之間、在大約20分鐘和大約30分鐘之間、大約10分鐘、大約15分鐘、大約20分鐘、大約30分鐘,或任何適合的組合、子組合、范圍或其中的子范圍。
[0048]參看圖2，在由工藝100形成的板組件11的一個(gè)實(shí)施例中，第一工件為管20，其通過(guò)為可硬焊的管的可硬焊的構(gòu)件形成，以及板32為第二構(gòu)件。例如，外殼12大體上包繞燃燒器10，其形成板組件11的至少一部分，且容納流至燃燒器10的工作流體14。外殼12包括在一端處的端蓋16，以提供用于供應(yīng)燃料、稀釋劑和/或其它添加劑到燃燒器10的接口。流體導(dǎo)管18大體上從端蓋16沿軸向延伸至管20。流體導(dǎo)管18與管20和燃料源(未示出)流體連通。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，襯套22大體上包繞管20的至少一部分，且大體上在管20的下游延伸。襯套22至少部分地限定管20下游的燃燒室24。外殼12沿周向包繞管20和/或襯套22，例如，以限定環(huán)形通路26，環(huán)形通路26至少部分地包繞管20和襯套22。這允許了工作流體14沿襯套22的外側(cè)流過(guò)環(huán)形通路26，以向襯套22提供對(duì)流冷卻。當(dāng)工作流體14到達(dá)端蓋16時(shí)，工作流體14反向，且流過(guò)管20的至少一部分，在該處，其在其注入燃燒室24中之前與燃料相混合。管20大體上包括沿軸向與下游端30分離的上游端28。管20硬焊到一個(gè)或多個(gè)板32上。板32大體上沿徑向且沿周向延伸。
[0050]圖3示出了圖2中所示的燃燒器10中的板組件11的放大示意圖。在一個(gè)實(shí)施例中，通路42大體上沿軸向延伸穿過(guò)板32。通路42為任何尺寸或形狀。管20大體上沿軸向延伸穿過(guò)板32。管20的特定的形狀、尺寸、數(shù)目和布置對(duì)應(yīng)于燃燒器10的操作參數(shù)。
[0051]板組件11包括適用于微混合器、熱交換器和/或其它應(yīng)用的任何特征。圖4-5示出了圖2中所示的燃燒器10的板組件11的實(shí)施例的放大示意性視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，板組件11包括預(yù)先燒結(jié)的箔54，其至少部分地包繞管20的一個(gè)或多個(gè)部分，且通過(guò)硬焊將管20連接到板32上(步驟108)。在一個(gè)實(shí)施例中，管20和板布置在一個(gè)或多個(gè)T形接頭中，例如，大約四個(gè)接頭、大約六個(gè)接頭、大約十二個(gè)接頭或任何其它適合的數(shù)目。在另一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)先燒結(jié)的箔54密封管20以免流體泄漏。
[0052]盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的是，可作出各種變化，且等同方案可替代其元件，而并未脫離本發(fā)明的范圍。此外，可作出許多改型，以使特定情形或材料適合本發(fā)明的教導(dǎo)，這并未脫離其基本范圍。因此，預(yù)期本發(fā)明不限于公開為用于執(zhí)行本發(fā)明而構(gòu)想出的最佳模式的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種硬焊工藝，包括: 將硬焊箔定位在第一工件上；然后 將所述硬焊箔裝固到所述第一工件上以形成可硬焊的構(gòu)件；然后 將第二工件定位成鄰近所述可硬焊的構(gòu)件；以及然后 將所述第二工件硬焊到所述可硬焊的構(gòu)件上； 其中，所述裝固包括涂鍍、間斷焊、燒結(jié)或它們的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固通過(guò)間斷焊，繼之以燒結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固在熔爐中，所述熔爐具有用于所述硬焊箔的硬焊溫度的200 °F內(nèi)的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬焊工藝，其特征在于，所述硬焊箔具有大約2050°F的硬焊溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固進(jìn)行預(yù)定周期，所述預(yù)定周期在大約I分鐘至大約30分鐘之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固通過(guò)涂鍍，且所述涂鍍?yōu)榛瘜W(xué)鍍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固通過(guò)涂鍍，且所述涂鍍?yōu)殡婂儭?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述裝固通過(guò)涂鍍，以及所述工藝還包括遮蔽所述第一工件的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述硬焊工藝還包括在定位所述硬焊箔之前將所述硬焊箔切割成預(yù)定長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬焊工藝，其特征在于，所述硬焊處于硬焊溫度，所述硬焊溫度在大約1500 °F至大約2300 °F之間。
【文檔編號(hào)】B23K1/00GK103962669SQ201410041610
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】D.E.施克, S.C.科蒂林加姆, J.F.麥康瑙海, 崔巖, B.L.托利森 申請(qǐng)人:通用電氣公司