硬焊工艺及板组件的制作方法
【专利摘要】公开了一种硬焊工艺及板组件。该硬焊工艺包括将硬焊箔定位在第一工件上，然后将硬焊箔装固到第一工件上来形成可硬焊的构件，然后将第二工件定位成邻近可硬焊的构件，且然后将第二工件硬焊到可硬焊的构件上。此外或作为备选，该硬焊工艺包括将硬焊箔定位在管上，然后将硬焊箔装固到管上以形成可硬焊的管，然后将板组件的板定位成邻近可硬焊的管，且然后将板硬焊到可硬焊的管上。板组件包括板和通过装固到管上的硬焊箔来硬焊到板上的管。
【专利说明】硬焊工艺及板组件
【技术领域】
[0001]本发明针对制造工艺和制造组件。更具体而言，本发明针对硬焊工艺和包括硬焊构件的组件。
【背景技术】
[0002]硬焊来制造某些构件可呈现出挑战。一些构件可具有在材料和/或需要它们装固到彼此上的构件的部分之间的接头。例如，此类构件存在于管与板构件中，诸如，热交换器和微混合器。
[0003]一次硬焊大量此类接头(例如，在高达大约100个管之间硬焊到大约2个、4个或更多板之间)的先前尝试导致较大且昂贵的返工。过去，此类返工归因于较紧的公差(例如，用于镍的硬焊的间隙范围在大约0.0005英寸至大约0.004英寸之间)。很难将管和板的加工操作保持在这些公差内。由于较紧的公差，引入附加变化源可为不期望的。
[0004]由于防止引入附加变化的加工操作，由硬焊引入的附加变化尤其是不期望的。已知的硬焊工艺使用硬焊膏来将管装固到板上。然而，此类硬焊膏必须人工地应用，这可能很昂贵，可导致硬焊膏的不一致的放置，可导致硬焊膏的不一致的量，且可通常仅施加到构件的一侧上，这可取决于流过间隙的硬焊膏的毛细管作用。因此，流取决于间隙尺寸，这也可变化。这些不一致可导致超过限定公差的变化。为了弥补这些变化，可使用昂贵的再硬焊步骤。避免此类再硬焊步骤将是期望的。
[0005]将在本领域中期望不存在一个或多个上述缺陷的硬焊工艺和硬焊的构件。
【发明内容】
[0006]在示例性实施例中，一种硬焊工艺包括将硬焊箔定位在第一工件上，然后将硬焊箔装固到第一工件上来形成可硬焊的构件，然后将第二工件定位成邻近可硬焊的构件，且然后将第二工件硬焊到可硬焊的构件上。装固包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
[0007]在另一个示例性实施例中，一种硬焊工艺包括将硬焊箔定位在管上，然后将硬焊箔装固到管上以形成可硬焊的管，然后将板组件的板定位成邻近可硬焊的管，且然后将板硬焊到可硬焊的管上。装固包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
[0008]在另一个示例性实施例中，一种板组件包括板和由装固到管上的硬焊箔硬焊到板上的管。将硬焊箔装固到管上包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
[0009]根据一实施例，一种硬焊工艺，包括:将硬焊箔定位在第一工件上；然后将所述硬焊箔装固到所述第一工件上以形成可硬焊的构件；然后将第二工件定位成邻近所述可硬焊的构件；以及然后将所述第二工件硬焊到所述可硬焊的构件上；其中，所述装固包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
[0010]根据一实施例，所述装固通过间断焊，继之以烧结。
[0011]根据一实施例，所述装固在熔炉中，所述熔炉具有用于所述硬焊箔的硬焊温度的200 °F内的温度。[0012]根据一实施例，所述硬焊箔具有大约2050 °F的硬焊温度。
[0013]根据一实施例，所述装固进行预定周期，所述预定周期在大约I分钟至大约30分钟之间。
[0014]根据一实施例，所述装固通过涂镀，且所述涂镀为化学镀。
[0015]根据一实施例，所述装固通过涂镀，且所述涂镀为电镀。
[0016]根据一实施例，所述装固通过涂镀，以及所述工艺还包括遮蔽所述第一工件的至少一部分。
[0017]根据一实施例，所述硬焊工艺还包括在定位所述硬焊箔之前将所述硬焊箔切割成预定长度。
[0018]根据一实施例，所述硬焊处于硬焊温度，所述硬焊温度在大约1500 T至大约2300 °F之间。
[0019]根据一实施例，所述硬焊进行一定硬焊持续时间，所述硬焊持续时间在大约I分钟至大约30分钟之间。
[0020]根据一实施例，所述可硬焊的构件为可硬焊的管。
[0021]根据一实施例，所述工艺包括将所述可硬焊的构件安装到板组件中。
[0022]根据一实施例，所述安装包括将所述可硬焊的构件机械锁定到所述板组件中。
[0023]根据一实施例，所述板组件布置和设置成容纳流体。
[0024]根据一实施例，所述板组件没有流体泄漏。
[0025]根据一实施例，所述工艺包括检查所述板组件的流体泄漏。
[0026]根据一实施例，一种包括根据权利要求1所述的可硬焊的构件和所述第二工件的板组件。
[0027]根据一实施例，一种硬焊工艺，包括:将硬焊箔定位在管上；然后将所述硬焊箔装固到所述管上以形成可硬焊的管；然后将板组件的板定位成邻近所述可硬焊的管；以及然后将所述板硬焊到所述可硬焊的管上；其中，所述装固包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组
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[0028]根据一实施例，一种板组件，包括:板；以及通过装固到所述管上的硬焊箔来硬焊到所述板上的管；其中，将所述硬焊箔装固到所述管上包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组
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[0029]本发明的其它特征和优点将从结合通过举例的方式示出本发明的原理的附图的优选实施例的以下更详细的描述而清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1示出了根据本公开内容的示例性硬焊工艺的简图。
[0031]图2示出了根据本公开内容的燃烧器中的示例性板组件的截面视图。
[0032]图3示出了根据本公开内容的图2中所示的燃烧器的板组件的实施例的放大视图。
[0033]图4示出了根据本公开内容的图2中所示的燃烧器的板组件的实施例的放大视图。
[0034]图5示出了根据本公开内容的图2中所示的燃烧器的板组件的实施例的放大视图。
[0035]只要可能，则相同的参考数字将在所有图中用于表示相同的部件。
【具体实施方式】
[0036]提供了一种示例性硬焊工艺和板组件。例如，相比于不包括本文公开的一个或多个特征的硬焊工艺，本公开内容的实施例改善了预定公差内的构件的产量、减少或消除与再硬焊相关联的成本，提高了硬焊接头的质量和强度(例如，由于提高了间隙的精度)、允许受控量的硬焊材料施加到预定地点(例如，接头)、提供大约100%的第一次产量、允许在其它情况下难以接近的区域(例如，用于检查)中的硬焊、允许了复杂组件的单步骤硬焊，或它们的组合。
[0037]参看图1，在一个实施例中，硬焊工艺100包括将硬焊箔定位在第一工件上(步骤102)、然后将硬焊箔装固到第一工件上(步骤104)，从而形成可硬焊的构件，然后将第二工件定位成邻近可硬焊的构件(步骤106)，以及然后将第二工件硬焊到可硬焊的构件上(步骤108)。装固(步骤104)包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
[0038]硬焊箔为任何适合的硬焊材料，如，镍基硬焊合金。在一个实施例中，硬焊箔为预先烧结的箔54，其将在下文中参照图4至图5来进一步描述。适合的材料包括但不限于按重量具有大约79.9%的N1、大约15%的Cr、以及大约3.6%的B和大约1.5%的Fe的扩散硬焊合金，以及按重量具有大约70.9%的N1、大约19%的Cr和大约10.1%的Si的无硼硬焊合金。在一个实施例中，硬焊箔具有预定硬焊温度，例如，在大约1500 °F和大约2300 °F之间、在大约1800 °F和大约2300 °F之间、在大约2000 °F和大约2300 °F之间、在大约2100 °卩和大约2200 °F之间、在大约2000 °F和大约2100 °F之间、在大约1500 °F和大约1800 °F之间、大约1500 °F、大约1800 °F、大约2000 °F、大约2050 °F、大约2100 °F、大约2150 0F、任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。
[0039]硬焊箔包括允许硬焊的任何适合的厚度。在一个实施例中，硬焊箔具有大约2mil的厚度。在一个实施例中，硬焊箔的定位(步骤102)包括将硬焊箔切割成预定长度和/或宽度。切割的硬焊箔定位在预定地点中，如，在一个或多个管(例如，具有如大约1/4英寸的外径)或一个或多个板之间的接头。此外或作为备选，使用具有预定长度和/或宽度的预先切割的硬焊箔。
[0040]管和板包括任何适合的材料，例如，不锈钢、镍基合金、铁基合金或任何其它适合的金属或金属材料。一种适合的镍基合金具有按重量的以下成分:大约5%的铁、在大约20%和大约23%之间的铬、高达大约0.5%的硅，在大约8%和大约10%之间的钥、高达大约0.5%的锰、高达大约0.1%的碳和余量的镍。另一种适合的镍基合金具有按重量的以下成分:大约15.5%的铬、大约8%的铁、高达大约0.5%的硅、大约1%的锰、高达大约0.15%的碳、高达大约0.5%的铜、高达大约0.015%的硫，以及余量的镍。一种适合的铁基合金具有按重量的以下成分:高达大约0.003%的碳、高达大约2%的锰、高达大约0.045%的磷、高达大约0.03%的硫、高达大约0.75%的硅、大约18%至大约20%的铬、在大约8%和大约12%之间的镍、高达大约0.1%的氮，以及余量的铁。
[0041]装固(步骤104)将第一工件上的硬焊箔至少暂时地保持在预定位置上来作为可硬焊的构件。用于装固(步骤104)的适合的技术包括但不限于间断焊(例如，手动点(poketack)焊或电阻点焊)，继之以在低于用于硬焊箔的硬焊温度的烧结温度下烧结、电镀、化学镀、中间涂镀工艺或它们的组合。
[0042]装固(步骤104)将硬焊箔和第一工件作为可硬焊的构件保持在预定位置，以使可硬焊的构件能够关于第二工件定位。
[0043]在一个实施例中，装固(步骤104)包括涂镀，如，化学镀和/或电镀。在利用涂镀的实施例中，装固(步骤104)包括用于防止涂镀不期望的地点的遮蔽步骤，包括施加中间层(例如，纯的或大致纯的镍层)。
[0044]在一个实施例中，装固(步骤104)包括间断焊，继之以在烧结温度下烧结。在一个实施例中，烧结温度比硬焊温度低大约200 °F，比硬焊温度低大约100 °F、比硬焊温度低大约50 0F、比硬焊温度低大约50 °F和大约200 °F之间、比硬焊温度低大约50 °F和大约100 0F之间、比硬焊温度低大约100 °F和大约200 °F之间，或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。此外或作为备选，烧结温度为在大约1300 °F和大约2200 °F之间、在大约1300 °F和大约2000 °F之间、在大约1300 °F和大约1800 °F之间、在大约1300 °F和大约1600 °卩之间、在大约1500 °F和大约1800 °F之间、在大约1800 °F和大约2100 °F之间，或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。
[0045]在一个实施例中，装固(步骤104)包括在预定持续时间内将可硬焊的构件定位在熔炉中，如在大约I分钟和大约30分钟之间、在大约5分钟和大约15分钟之间、在大约5分钟和大约10分钟之间、在大约10分钟和大约15分钟之间、在大约15分钟和大约30分钟之间、大约I分钟、大约5分钟、大约10分钟、大约15分钟、大约30分钟或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。
[0046]第二工件根据允许插入或组装的任何适合技术关于可硬焊的构件定位(步骤106)。适合的技术包括但不限于使用机械连接、使用紧固件、使用粘合剂、使用联锁部件、使用槽口、使用夹具，或它们的组合。在其中第二工件为板而可硬焊的构件为可硬焊的管的一个实施例中，可硬焊的管插入板中(或多个板或板组件11的一部分，这在下文中参照图2描述)，其中允许可硬焊的管膨胀(例如，由于热)。膨胀使可硬焊的管锁定就位，例如，在开始硬焊之前(步骤108)。
[0047]硬焊(步骤108)包括任何适合的(多种)技术和/或操作参数，如硬焊温度和/或硬焊持续时间。在一个实施例中，在不使用硬焊膏的情况下执行硬焊(步骤108)。在一个实施例中，硬焊(步骤108)为单步骤硬焊步骤，且允许合并多个硬焊步骤。在一个实施例中，硬焊温度在大约1500 °F和大约2300 °F之间、在大约1500 °F和大约2300 °F之间、在大约1500 °F和大约1800 °F之间、在大约2000 °F和大约2300 °F之间、在大约1800 °F和大约2300 °F之间、在大约1800 °F和大约2100 °F之间，或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。在一个实施例中，硬焊持续时间在大约I分钟和大约30分钟之间、在大约5分钟和大约30分钟之间、在大约15分钟和大约30分钟之间、在大约20分钟和大约30分钟之间、大约10分钟、大约15分钟、大约20分钟、大约30分钟,或任何适合的组合、子组合、范围或其中的子范围。
[0048]参看图2，在由工艺100形成的板组件11的一个实施例中，第一工件为管20，其通过为可硬焊的管的可硬焊的构件形成，以及板32为第二构件。例如，外壳12大体上包绕燃烧器10，其形成板组件11的至少一部分，且容纳流至燃烧器10的工作流体14。外壳12包括在一端处的端盖16，以提供用于供应燃料、稀释剂和/或其它添加剂到燃烧器10的接口。流体导管18大体上从端盖16沿轴向延伸至管20。流体导管18与管20和燃料源(未示出)流体连通。
[0049]在一个实施例中，衬套22大体上包绕管20的至少一部分，且大体上在管20的下游延伸。衬套22至少部分地限定管20下游的燃烧室24。外壳12沿周向包绕管20和/或衬套22，例如，以限定环形通路26，环形通路26至少部分地包绕管20和衬套22。这允许了工作流体14沿衬套22的外侧流过环形通路26，以向衬套22提供对流冷却。当工作流体14到达端盖16时，工作流体14反向，且流过管20的至少一部分，在该处，其在其注入燃烧室24中之前与燃料相混合。管20大体上包括沿轴向与下游端30分离的上游端28。管20硬焊到一个或多个板32上。板32大体上沿径向且沿周向延伸。
[0050]图3示出了图2中所示的燃烧器10中的板组件11的放大示意图。在一个实施例中，通路42大体上沿轴向延伸穿过板32。通路42为任何尺寸或形状。管20大体上沿轴向延伸穿过板32。管20的特定的形状、尺寸、数目和布置对应于燃烧器10的操作参数。
[0051]板组件11包括适用于微混合器、热交换器和/或其它应用的任何特征。图4-5示出了图2中所示的燃烧器10的板组件11的实施例的放大示意性视图。在一个实施例中，板组件11包括预先烧结的箔54，其至少部分地包绕管20的一个或多个部分，且通过硬焊将管20连接到板32上(步骤108)。在一个实施例中，管20和板布置在一个或多个T形接头中，例如，大约四个接头、大约六个接头、大约十二个接头或任何其它适合的数目。在另一个实施例中，预先烧结的箔54密封管20以免流体泄漏。
[0052]尽管已经参照优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，可作出各种变化，且等同方案可替代其元件，而并未脱离本发明的范围。此外，可作出许多改型，以使特定情形或材料适合本发明的教导，这并未脱离其基本范围。因此，预期本发明不限于公开为用于执行本发明而构想出的最佳模式的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。
【权利要求】
1.一种硬焊工艺，包括: 将硬焊箔定位在第一工件上；然后 将所述硬焊箔装固到所述第一工件上以形成可硬焊的构件；然后 将第二工件定位成邻近所述可硬焊的构件；以及然后 将所述第二工件硬焊到所述可硬焊的构件上； 其中，所述装固包括涂镀、间断焊、烧结或它们的组合。
2.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固通过间断焊，继之以烧结。
3.根据权利要求2所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固在熔炉中，所述熔炉具有用于所述硬焊箔的硬焊温度的200 °F内的温度。
4.根据权利要求3所述的硬焊工艺，其特征在于，所述硬焊箔具有大约2050°F的硬焊温度。
5.根据权利要求3所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固进行预定周期，所述预定周期在大约I分钟至大约30分钟之间。
6.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固通过涂镀，且所述涂镀为化学镀。
7.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固通过涂镀，且所述涂镀为电镀。
8.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述装固通过涂镀，以及所述工艺还包括遮蔽所述第一工件的至少一部分。
9.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述硬焊工艺还包括在定位所述硬焊箔之前将所述硬焊箔切割成预定长度。
10.根据权利要求1所述的硬焊工艺，其特征在于，所述硬焊处于硬焊温度，所述硬焊温度在大约1500 °F至大约2300 °F之间。
【文档编号】B23K1/00GK103962669SQ201410041610
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】D.E.施克, S.C.科蒂林加姆, J.F.麦康瑙海, 崔岩, B.L.托利森 申请人:通用电气公司