CN103317215A

CN103317215A - 一种热管密封氩弧焊接装置及其焊接方法

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Publication number: CN103317215A
Application number: CN2013102240594A
Authority: CN
Inventors: 汤勇; 李宇吉; 朱本明; 李宗涛; 陆龙生
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-06
Also published as: CN103317215B

Abstract

本发明公开了一种热管密封氩弧焊接装置及其焊接方法，用于热柱下端盖与铜管壳、上端盖与热柱、真空管与上端盖、真空管封口之间的焊接，本发明包括底板、柔性热柱夹具、焊枪夹具微调台、电机同步带传动模块及控制模块；所述柔性热柱夹具固定在底板上，焊枪夹具微调台固定在柔性热柱夹具的右侧，电机同步带传动模块固定在底板下表面，控制模块控制调速整电机的速度，采用热柱阶段差异式非匀速旋转焊接方法，在焊接的前期、中期、后期分别采用不同的转速，可以得到密封性好、稳定性高、工整美观的焊缝。

Description

一种热管密封氩弧焊接装置及其焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体涉及到一种热管密封氩弧焊接装置及其焊接方法。

背景技术

热柱相变封装是大功率LED散热的核心技术，热柱相变封装支架具有结构简单、热阻小、散热效率快等特点，由于热柱是由多个部分组成的传热系统，在热柱焊接工艺中，请参阅图1所示，需要对热柱下端盖40与铜管壳41焊接、上端盖42与铜管壳41焊接、真空管43与上端盖42焊接、真空管43封口焊接。其焊接效果直接影响热柱的性能及装配。在先前技术中，热柱多位焊点均采用氧乙炔焊手工进行焊接，但是氧乙炔焊具有以下缺陷：

1、氧乙炔焊时，熔融焊料可能会渗入破坏吸液芯结构，严重影响热柱传热性能；

2、氧气氛围下极易生成氧化皮，对管壳及吸液芯造成污染，影响热柱性能；

3、因焊缝熔点较低，所以氧乙炔焊后一般不能进行高于500℃以上的还原；

4、焊接技术难度大，效率低，无法实现流水线自动化生产；

5、手工操作对工作人员技术要求高。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种热管密封氩弧焊接装置及其焊接方法。

本发明采用的技术方案：

一种热管密封氩弧焊接装置，包括底板、柔性热柱夹具、焊枪夹具微调台、电机同步带传动模块及控制模块；

所述柔性热柱夹具，位于底板的上表面，包括高度导轨、调整轴紧固板、提拉挡板、提拉手把、连接杆螺栓、压力弹簧、轴承、调整轴、主、从动辊筒、左、右轴承支架和轴承架紧固块，所述轴承架紧固块固定在底板上表面，所述高度导轨为2个，对称安装在轴承架紧固块的前后两侧，并固定在底板上，左、右轴承支架固定在轴承架紧固块的左右两侧，调整轴紧固板与高度导轨连接，所述提拉手把固定在提拉挡板上，所述连接杆螺栓依次穿过提拉挡板及调整轴紧固板，并套入压力弹簧，然后与调整轴连接，所述主、从动辊筒通过轴承与左、右轴承支架连接，所述轴承为2个，对称套于调整轴两端；

所述焊枪夹具微调台，固定在柔性热柱夹具的右侧，包括四维微调台及焊枪夹块，所述焊枪夹块安装在四维微调台上，所述四维微调台固定在底板上；

电机同步带传动模块，位于底板的下表面，包括调速电机、电机紧固架、主轴大带轮、小带轮和同步带，所述调速电机通过电机紧固架固定在底板下表面，主轴大带轮穿过电机紧固角架，并通过小带轮和同步带与主动辊筒连接；

控制模块包括PLC控制器、电机调速器，所述PLC控制器与电机调速器连接，所述电机调速器与调速电机连接。

进一步地，所述调整轴的轴线位于主动辊筒与从动辊筒轴线距离的垂直平分线所在平面。

进一步地，所述四维微调台为XYZA轴组合，其中A旋转轴安装在Z轴轴座上，所述焊枪夹块具体安装在A旋转轴上。

进一步地，所述A旋转轴由A轴倒T型底座、旋转卡槽构成，所述旋转卡槽与A轴倒T型底座连接。

进一步地，所述主、从动辊筒均由陶瓷套、辊筒不锈钢轴芯过盈配合构成。

进一步地，所述压力弹簧和连接杆螺栓均为2个，连接杆螺栓各套有一个压力弹簧。

所述装置进行焊接的方法，采用热柱阶段差异式非匀速旋转焊接方法，具体为：采用不填丝氩弧焊接方式，

前期T1时间内，热柱以n1转速进行焊接，直到焊缝接头处基体体积1%-10%熔融形成熔池为止；

中期T2时间内，热柱以n2转速进行焊接，直到焊缝接头处基体体积11%-80%熔融形成熔池为止；

后期T3时间内，热柱以n3转速进行收尾焊接，直到焊缝接头处基体体积全部熔融形成熔池，且熔池分布均匀为止。

进一步地，对于不同直径的热柱或同一热柱的不同焊点，在同一阶段时，焊接接头处线速度是不变的。

进一步地，所述转速n1=400/R，单位为r/min，R为热柱焊接接头处半径；转速n2=kn1，且3/2≤k≤5/2；n3=in1，且1/2≤i≤4/3。

本发明的有益效果：

相较于现有技术，本发明采用热柱阶段差异式非匀速旋转焊接工艺，使用柔性热柱夹具，适用于多种尺寸，多位焊点的热柱焊接，可得到密封性好，不受氧化、不变形、焊接接头工整美观的焊缝，简化了焊接工艺，提高焊接效率，且易于实现流水线生产。

附图说明

图1为现有技术中热柱铜管、上下端盖、真空管多位焊点示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2水平翻转180度后的结构示意图；

图4为图2中A旋转轴的结构示意图；

图5为热柱传热性能测试曲线图。

图中示出：

1-高度导轨，3-提拉挡板，4-调整轴紧固板，5-压力弹簧，6-轴承，7-焊枪，8-四维微调台，10-左轴承支架，11-轴承架紧固块，12-电机紧固架，13-调速电机，14-底板，15-主动辊筒，16-调整轴，17-连接杆螺栓，18-提拉手把，21-小带轮，22-同步带，24-主轴大带轮，25-从动辊筒，26-右轴承支架，27-焊枪夹块，30-A轴倒T型底座，31-旋转卡槽，32-紧固螺钉，40-热柱下端盖，41-铜管壳，42-上端盖，43-真空管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明用于柱形热管（简称热柱）多位焊点焊接，具体用于热柱下端盖40与铜管壳41焊接、上端盖42与热柱焊接、真空管43与上端盖42焊接、真空管43封口焊接。

如图2、3所示，一种热管密封氩弧焊接装置，包括底板14、柔性热柱夹具、焊枪夹具微调台、电机同步带传动模块及控制模块；

所述柔性热柱夹具，位于底板14的上表面，包括高度导轨1、调整轴紧固板4、提拉挡板3、提拉手把18、连接杆螺栓17、压力弹簧5、轴承6、调整轴16、主、从动辊筒15、25、左、右轴承支架10、26和轴承架紧固块11，所述轴承架紧固块11固定在底板14上表面，所述高度导轨1为2个，对称安装在轴承架紧固块11的前后两侧，并固定在底板14上，左、右轴承支架10、26固定在轴承架紧固块11的左右两侧，调整轴紧固板4与高度导轨1连接，所述提拉手把18固定在提拉挡板3上，所述连接杆螺栓17依次穿过提拉挡板3及调整轴紧固板4的两个定位孔，并套入压力弹簧5，然后与调整轴16连接，装配时，保证调整轴16水平并且其轴线位于主动辊筒15与从动辊筒25轴线距离的垂直平分线所在平面，通过这样的连接，可以通过调节调整轴紧固板4高度而上下调整调整轴16的位置，所述轴承6为2个，对称套于调整轴16两端。

所述压力弹簧5和连接杆螺栓17均为2个，连接杆螺栓17各套有一个压力弹簧5。

所述主、从动辊筒15、25通过轴承与左、右轴承支架10、26连接，主动辊筒15、从动辊筒25圆柱度、轴承支架定位精度保证三辊筒不偏心，以免转动时热柱轴向移动。

所述主、从动辊筒15、25均由陶瓷套、辊筒不锈钢轴芯过盈配合构成，陶瓷套采用高表面摩擦系数，高硬度、耐磨损、耐高温、传热性好以及绝缘的材料。

所述焊枪夹具微调台，固定在柔性热柱夹具的右侧，包括四维微调台8及焊枪夹块27，所述焊枪夹块27安装四维微调台8上；

所述四维微调台8为XYZA轴组合，具体是在现有的三维微调台上安装A旋转轴，其中A旋转轴安装在Z轴轴座上，原三维微调台为精密调整机构，导轨为精密线性钢球配合精磨钢棒，所述焊枪夹块27具体安装在A旋转轴上，焊枪7通过焊枪夹块27固定。

如图4所示，所述A旋转轴由A轴倒T型底座30、旋转卡槽31构成，所述旋转卡槽31与A轴倒T型底座30通过紧固螺钉32连接。

电机同步带传动模块，位于底板14的下表面，包括调速电机13、电机紧固架12、主轴大带轮24、小带轮21和同步带22，所述调速电机13通过电机紧固架12固定在底板14下表面，主轴大带轮24穿过电机紧固角架12，并通过小带轮21和同步带22与主动辊筒15连接，主动辊筒15配套小带轮21，该轴端采用双轴承。

控制模块包括PLC控制器、电机调速器，所述PLC控制器与电机调速器连接，所述电机调速器与调速电机13连接，控制调速电机的速度。

主动辊筒15通过同步轮与调速电机13联动，调整轴16装配后可实现上下调整提供下压力，并与氩弧焊机地线连接接地，焊枪夹具微调台与底板14固定后，可在XYZ及A轴上调整实现对焊缝接头的准确定位。

本发明的焊接方法，为热柱阶段差异式非匀速旋转焊接方法，采用不填丝方式，前期T1时间内，热柱以n1转速进行焊接，直到焊缝接头处基体体积1%-10%熔融形成熔池为止；

对于不同直径的热柱或同一热柱的不同焊点，在同一阶段（前、中、后期）时，焊接接头处线速度是不变的，这样可以保证电弧在旋转的焊缝上每一点的加热时间一致。

所述转速n1、n2、n3分别通过如下公式确定：n1=400/R，单位为r/min，R为热柱焊接接头处半径；n2=kn1，系数k优选为3/2≤k≤5/2，但并不局限于此；n3=in1，系数i优选为1/2≤i≤4/3，但并不局限于此。

由图5可知，1号试样采用氩弧焊焊接上端盖、下端盖，且采用本发明焊接方法热柱焊接，不氧化；2号试样采用气焊方式焊接上端盖、下端盖；3号试样同样采用氩弧焊接上端盖、下端盖，但焊接过程出现了吸液芯以及热柱管壁的氧化。在热柱传热性能测试中，热电偶安装于上端盖焊缝、下端盖焊缝两处，放置方式为正立放置。各试样上下端盖的温度差越小，说明该热柱的传热性能更好。如图5可以看出，1号试样的氩弧焊接热柱传热性能明显优于气焊及3号样品，而氩弧焊氧化与否也对其传热性能有较大影响。

本发明的工作过程：

当要对热柱铜管41与下端盖40进行焊接时，首先将铜管41与下端盖40进行简单的机械装配固定，提起提拉手把18带动调整轴16上升，将热柱放置于主动辊筒15、从动辊筒25之间的间隙中，适当调整热柱位置后，通过四维微调台8微调焊枪7进行准确定位焊点接头，旋转焊枪夹块27及A旋转轴调整焊枪7角度。

调速电机13由控制模块控制，并由同步带轮实时传递速度至主动辊筒15，焊接时先启动电机13，主动辊筒15通过三辊筒传动方式带动热柱焊件旋转，热柱转动后氩气前充使热柱形成保护气氛，采用热柱阶段差异式非匀速旋转焊接方法，通过不填丝氩弧焊方式，在前期T1时间内热柱以n1转速进行焊接，直到焊缝接头处基体体积出现1%-10%熔融形成熔池为前期截止；中期T2时间以n2转速进行焊接，直到焊缝接头处基体体积出现11%-80%熔融形成熔池为中期截止；后期T3时间以n3转速进行收尾焊接，基体全部熔融形成熔池且熔池分布均匀。前中后阶段时间和转速、焊接电流、氩气流量等焊接参数根据热柱尺寸而定，灭弧后氩气延时，使其仍在一定保护气氛下降温，最后焊接完成，进入下一步焊接工序。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，包括底板、柔性热柱夹具、焊枪夹具微调台、电机同步带传动模块及控制模块；

2.根据权利要求1所述的一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，所述调整轴的轴线位于主动辊筒与从动辊筒轴线距离的垂直平分线所在平面。

3.根据权利要求1所述的一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，所述四维微调台为XYZA轴组合，其中A旋转轴安装在Z轴轴座上，所述焊枪夹块具体安装在A旋转轴上。

4.根据权利要求3所述的一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，所述A旋转轴由A轴倒T型底座、旋转卡槽构成，所述旋转卡槽与A轴倒T型底座连接。

5.根据权利要求1所述的一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，所述主、从动辊筒均由陶瓷套、辊筒不锈钢轴芯过盈配合构成。

6.根据权利要求1所述的一种热管密封氩弧焊接装置，其特征在于，所述压力弹簧和连接杆螺栓均为2个，连接杆螺栓各套有一个压力弹簧。

7.应用权利要求1-6任一项所述装置进行焊接的方法，其特征在于，采用热柱阶段差异式非匀速旋转焊接方法，具体为：采用不填丝氩弧焊接方式，

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于不同直径的热柱或同一热柱的不同焊点，在同一阶段时，焊接接头处线速度是不变的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转速n1=400/R，单位为r/min，R为热柱焊接接头处半径；转速n2=kn1，且3/2≤k≤5/2；n3=in1，且1/2≤i≤4/3。