高溫的真空釬焊爐

一、真空釬焊爐是一種在高真空環境（通常低于10?2 Pa ~ 10?? Pa甚至更高）和精確控溫條件下，利用熔點低于母材的釬料（釬料）熔化后，通過毛細作用填充接頭間隙，從而實現工件冶金連接的*熱加工設備。

它集成了真空技術、加熱技術、溫度測控技術和冷卻技術，是現代航空航天、電子電力、核能工業等領域重要的關鍵設備，被譽為制造的“工業母機"之一。

二、 核心工作原理

真空釬焊的過程可以簡化為以下幾個步驟：

1. 裝爐：將清洗干凈的工件和預先放置好的釬料（箔、絲、粉或噴涂層）裝入爐內有效加熱區。

2. 抽真空：啟動真空系統，將爐腔內的空氣和雜質氣體抽出，直至達到工藝要求的高真空度。此步驟至關重要，用于：

    防止工件（特別是鈦、鋯、不銹鋼、高溫合金等活性材料）在高溫下被氧化。

   去除工件表面和釬料表面的氧化物（“凈化"作用），顯著提高釬料的潤濕性和流動性。

  排除氣體對熱傳導的干擾，保證爐溫均勻性。

3. 加熱與釬焊：在真空環境下，按預設的釬焊工藝曲線（包括升溫速率、釬焊溫度、保溫時間等）對工件進行加熱。當溫度達到釬料熔點時，釬料熔化并充分填滿工件之間的縫隙。

4. 冷卻：完成保溫后，按設定的冷卻速率（通常通過爐內充入高純惰性氣體，如氮氣或氬氣，進行強制冷卻）將工件冷卻至出爐溫度。

5. 出爐：當爐內溫度降至安全范圍且恢復常壓后，取出完成釬焊的組件。

三、 設備主要組成部分及詳細介紹

一臺標準的真空釬焊爐通常由以下幾大系統構成：

1. 爐體系統

  爐殼：雙層水冷結構的不銹鋼真空容器，夾層通冷卻水以保護爐殼不受高溫影響。

  隔熱屏/熱區：位于爐殼內部，用于隔絕高溫，減少熱損失，并形成均勻的加熱區。常見材料有：

  全金屬輻射屏：由多層鉬、不銹鋼、鎢等金屬板組成。堅固耐用，不易放氣，易于獲得高真空，常用于高溫爐（>1100°C）。

   石墨硬氈/軟氈隔熱層：由碳纖維或軟質石墨氈制成。隔熱效果好，熱容量小，節能且升降溫速度快，廣泛應用于中高溫爐。

2. 加熱系統

   加熱元件：布置在隔熱屏內部，是發熱的核心部件。材料選擇取決于最高工作溫度：

   石墨：常用于1200°C ~ 2000°C以上的高溫爐，性價比高。

  鉬：用于1000°C ~ 1700°C，高溫強度好，無揮發。

   不銹鋼：用于較低溫度范圍（<1000°C）。

  電源與控溫：大功率調功器或變壓器為加熱器供電，配合多區控溫（通常在加熱區頂部、底部、側面布置多個測溫點）和智能PID調節，確保爐內溫度均勻性（如±5°C甚至更高）。

3. 真空系統

   這是真空爐的“心臟"，通常采用多級泵組串聯的形式：

    前級泵（機械泵）：從大氣壓開始抽氣，獲得低真空。

   羅茨泵：在機械泵基礎上，提高抽氣效率，快速跨越低真空區間。

  主泵（擴散泵 / 分子泵 / 低溫泵）：獲得高真空和超高真空的核心。

   油擴散泵：抽速大，維護簡單，成本較低，但存在極微量油蒸汽污染的風險。

    渦輪分子泵：清潔無油，能獲得很高的真空度，是現代高性能真空釬焊爐的主流選擇。

   真空測量系統：配備電阻規（低真空） 和電離規（高真空），實時監測并顯示爐內真空度。

4. 水冷系統

   獨立的循環冷卻系統，為爐殼、電極、真空泵等所有需要散熱的部件提供冷卻保障，確保設備安全運行。

5. 充氣系統

  用于在冷卻階段向爐內充入高純惰性氣體（N?, Ar），實現對工件的強制快速冷卻（氣淬）。

6. 控制系統

   現代真空釬焊爐均采用PLC（可編程邏輯控制器） + 觸摸屏（人機界面HMI） 的自動化控制系統。

  功能：可實現全自動或手動操作，編輯、存儲和調用釬焊工藝曲線，實時監控并記錄所有工藝參數（溫度、真空度、壓力、冷卻水流量等），具備故障診斷和報警功能，并可生成數據報告，滿足航空航天等行業對工藝可追溯性的嚴苛要求。

四、 技術優勢與特點

無氧化、無污染：真空環境避免了工件在高溫下的氧化、脫碳、增碳等現象，焊點光亮潔凈，無需后續清洗。

接頭質量高：釬縫致密性好，強度高，缺陷少，可實現精密、復雜結構的一次性多縫釬焊。

去氣凈化作用：能有效去除工件吸附的氫、氧等氣體，提高焊件的力學性能和抗腐蝕能力。

工藝穩定可控：自動化程度高，工藝參數精確可重復，非常適合大規模、高質量的一致性生產。

環保安全：無釬劑，無廢氣、廢液排放，工作環境友好。

五、 主要應用領域

航空航天：發動機葉片、蜂窩結構、導管、雷達波導、熱交換器等。

 電子電力：IGBT功率模塊、微波器件、真空繼電器、太陽能集熱板等。

汽車工業：鋁合金熱交換器（水箱、蒸發器、冷凝器）、渦輪增壓器中間殼等。

 醫療器械：手術器械、植入物、牙科器械等。

工具與模具：硬質合金刀具、鉆具、鋸片的釬焊。

 核能工業：核燃料元件、核反應堆部件。

六、 選型指南（如何選擇？）

選擇真空釬焊爐時，需綜合考慮以下關鍵參數：

1. 有效加熱區尺寸（W×H×D）：根據最大工件尺寸確定。

2. 最高工作溫度：根據釬料熔點和工藝要求選擇（常見有1200°C, 1350°C, 1700°C等）。

3. 極限真空度：通常要求達到10?3 Pa ~ 10?? Pa或更高，以滿足高質量釬焊需求。

4. 壓升率/漏率：衡量爐體密封性能的關鍵指標，越低越好（如<0.67 Pa/h）。

5. 溫度均勻性：±5°C是高標準，直接影響釬焊質量的一致性。

6. 冷卻速率：氣淬壓力越高（如2bar, 5bar, 10bar），冷卻速度越快，生產效率越高。

7. 控制系統：要求自動化程度高，數據記錄功能完整，操作簡便。

8. 品牌與服務：選擇技術實力雄厚、售后服務完善的供應商至關重要。

 真空釬焊爐是制造領域的核心裝備，其技術含量高，工藝復雜。它通過創造純凈的高溫環境，解決了眾多高活性、高精度材料的連接難題，為航空航天、新能源等戰略性產業的發展提供了堅實的技術保障。在選擇和使用時，必須深入理解其工作原理和自身工藝需求，才能發揮其最大效能。