CN105798415B - 焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接装置，其包括注入组件，所述注入组件上设置有空腔，所述注入组件上设置有与所述空腔连通的焊料流出口；以及焊料挤出组件，所述焊料挤出组件安装在所述空腔上；且所述焊料挤出组件与所述空腔形成密闭空间。本发明还提供一种焊接方法。本发明的焊接装置结构简单，使用范围广，使用方便且安全，焊接后的焊缝质量高，不存在气孔、夹渣、裂纹等缺陷，焊缝的焊接应力低，强度高。本发明的焊接方法操作方便，尤其适用于厚度大于20mm的厚板的焊接，在核电、石油化工、冶金和造船等行业有着良好的应用前景。

Description

焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种焊接装置及使用该焊接装置的焊接方法。

背景技术

焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。焊接技术是现代工业制造中的关键工艺技术之一，焊接装置和性能对产品的质量的影响非常大。目前比较先进的焊接方法包括氩弧焊、等离子体焊以及激光焊等等。氩弧焊一般用于6mm以下板材的焊接，等离子体焊接可实现10-12mm板材的焊接，激光焊接适合焊接厚度小于20mm的板材，而且需要万瓦级以上的激光器。但是对于20mm以上的厚板尤其是50mm以上厚板的焊接目前还没有简单方便、焊缝质量高的焊接方法。

发明内容

针对上述厚板焊接的问题，本发明的目的是提供一种新的焊接装置以及焊接方法。

本发明的技术方案如下：

一种焊接装置，包括

注入组件，所述注入组件上设置有适用于盛放固体焊料或熔融焊料的空腔，所述注入组件上设置有与所述空腔连通的焊料流出口；以及

焊料挤出组件，所述焊料挤出组件安装在所述空腔中；且所述焊料挤出组件与所述空腔形成密闭空间。

在其中一个实施例中，所述焊料挤出组件为气体挤压组件，所述气体挤压组件包括高压气体装置、端盖和连接管；所述高压气体装置与所述连接管连通，所述端盖安装在所述空腔的开口端，所述连接管贯穿所述端盖与所述空腔连通。

在其中一个实施例中，所述焊料挤出组件为活塞式挤压组件，所述活塞式挤压组件包括相连接的活塞和驱动部，所述活塞安装在所述注入组件的空腔中，所述活塞的外壁与所述空腔相适配。

在其中一个实施例中，所述焊接装置还包括负压装置，所述吸气装置上设置有吸气口。

在其中一个实施例中，所述注入组件的外壁围设有加热装置，所述加热装置为红外加热装置、激光加热装置或电磁加热装置。

一种焊接方法，使用上述的焊接装置，包括如下步骤：

S100：在所有待焊接工件的焊接面上加工微通道；

S200：对所有所述微通道以及所述焊接面进行表面处理；

S300：将两个待焊接工件夹紧；

S400：将所述焊接装置的注入组件的焊料流出口对准所述微通道的一端；

S500：启动焊料挤出组件使熔融焊料从所述焊料流出口流入所述微通道；

S600：待所述熔融焊料充满整个微通道时停止注入熔融焊料，待焊接面上的熔融焊料冷却后，焊接完成。

在其中一个实施例中，所述微通道的形状为直线、曲线或者网格线。

在其中一个实施例中，步骤S500之前还包括对所述待焊接工件加热的步骤。

在其中一个实施例中，步骤S400中还包括将所述焊接装置的吸气装置的吸气口对准所述微通道的另一端的步骤。

在其中一个实施例中，所述焊料挤出装置与所述注入组件中的焊料的表面之间的距离大于等于5mm。

本发明的有益效果是：本发明的焊接装置结构简单，使用范围广，使用方便且安全，焊接后的焊缝质量高，不存在气孔、夹渣、裂纹等缺陷，焊缝的焊接应力低，强度高。本发明的焊接方法操作方便，尤其适用于厚度大于20mm的厚板的焊接，在核电、石油化工、冶金和造船等行业有着良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的焊接装置的一个实施例的示意图；

图2本发明的焊接装置的另一实施例的整体示意图；

图3本发明的焊接装置的又一实施例的示意图；

图4为本发明的焊接方法中的一个实施例的示意图；

图5为本发明的焊接方法中微通道的另一实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的焊接装置以及焊接方法的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1和图2，本发明提供一种焊接装置，其包括注入组件100和焊料挤出组件，其中注入组件100上设置有能够盛放固体焊料或熔融焊料的空腔，所述注入组件100上设置有与所述空腔连通的焊料流出口101(需要说明的是，从焊料流出口流出的是熔融焊料)，所述焊料挤出组件安装在所述空腔中，且焊料挤出组件与该空腔形成密闭空间；使用时所述焊料挤出组件与所述注入组件中放置的焊料之间应当有间隙。所述焊料挤出组件与所述注入组件的焊料之间有间隙也就是说焊料挤出组件与焊料之间不接触，在焊料挤出组件与焊料之间应当存在气体。注入组件中的熔融焊料能够在焊料挤出组件的作用下从焊料流出口流出。本实施例中设置焊料挤出组件的目的是促使熔融焊料快速从注入组件中流出至焊接面上。应当注意的是，本实施例中的焊料流出口的直径应当小于等于10mm，这样设置是为了控制焊料的流出速度，避免熔融焊料流出过快堆积在焊接面上，同时使焊料流出口与焊接面上的微通道的宽度相适应。通过控制熔融焊料的流出速度可以使焊缝的质量更高。

本发明中的注入组件的空腔用于放置焊料，焊料从焊料流出口流出，通过焊料挤出组件的作用使得焊料迅速均匀的流至待焊接区域，本实施例的焊接装置结构比较简单，适用范围广，易操作，且能够控制焊料的流出速度，能够用于各种钎焊，能够用于各种焊料。

其中，注入组件100中可以放置的是熔融焊料。即将焊料先通过红外加热熔化、激光加热熔化或电磁场加热熔化的方式形成熔融焊料，然后将熔融焊料放入注入组件中。也就是说焊料的熔化装置是外置的，本实施例中的焊料熔化可以预先进行，方便多人同时操作。

或者，作为另一种实施方式，参见图2，注入组件100中也可以直接放置未熔融的焊料，则此时注入组件100的外壁围设有加热装置400，加热装置400可以是红外加热装置、激光加热装置或电磁加热装置等。加热装置可以将焊料加热至熔融状态且使焊料保持熔融状态。这样可以避免焊料凝固。

进一步的，为了保证熔融焊料的流出速度，注入组件100中应当保证高压气体的空间。本实施例中设置所述注入组件100中放置的熔融焊料的容积不大于所述注入组件100的总容积的95％。也就是说如图1中所示的，下部分120的容积小于等于注入组件100总容积的80％。即注入组件100中放置的熔融焊料不能过多。

较佳的，参见图1，为了进一步促进熔融焊料在焊接面上迅速流动，本实施例中还设置了吸气装置500，吸气装置500上设置有吸气口。

较佳的，参见图1，所述注入组件100的空腔的靠近焊料流出口101部分的横截面面积沿着靠近焊料流出口101的方向逐渐减小。也就是说越靠近焊料流出口101，空腔的横截面积越小。这样设置也是为了控制熔融焊料的流出速度。

较优的，参见图1，所述注入组件100呈倒三角形，所述焊料流出口101设置在注入组件100的横截面积较小的一端。

较优的，注入组件100也可以呈漏斗形。

较佳的，作为一种可实施方式，所述焊接装置还包括固定装置，所述固定装置包括支架和固定夹，所述固定夹固定在所述支架上，所述注入组件100固定在所述固定夹上。

其中，焊料流出口101的尺寸可以根据实际需要设置，焊料流出口的尺寸应当与微通道的宽度相适应。焊料流出口101的形状可以是圆形、椭圆形、方形或者棱形等。

其中，注入组件100应当采用耐高温材料制成，材料可以是陶瓷、石英、高温合金等。

需要说明的是，本发明中的焊料挤出组件可以有多种实施方式，以下具体说明。

实施例一

参见图1，本实施例中的焊料挤出组件为气体挤压组件，所述气体挤压组件包括高压气体装置200、端盖102和连接管300，所述高压气体装置200与所述连接管300连通，端盖102安装在空腔的开口端，且端盖的外壁应当与空腔相适配，所述连接管300贯穿所述端盖102与所述空腔连通。本实施例中的高压气体装置是用于提供高压气体的，高压气体装置200可以向注入组件100中通入高压气体。

如图1所示，注入组件100可以分为上部分120和下部分110，其中上部分120位于注入组件100的上部，下部分110位于注入组件的下部，使用时熔融焊料放置在下部分110中，上部分120中充满高压气体。注入组件的底部设置有焊料流出口101，熔融焊料在高压气体的作用下能够迅速的从焊料流出口流出至焊接工件的焊接面上形成焊缝。通过控制高压气体的流速就可以控制焊料的流出速度。

实施例二

参见图3，本实施例中的焊料挤出组件为活塞式挤压组件，所述活塞式挤压组件包括相连接的活塞710和驱动部720，所述活塞710安装在所述注入组件100的空腔中，所述活塞710的外壁与空腔相适配，活塞和空腔能够形成密闭空间，且活塞能够沿着空腔的侧壁上下移动。活塞710的外壁与空腔的侧壁相适配，通过驱动部720操作活塞就可以对焊料施加压力使焊料流出。需要说明的是，活塞710应当与焊料之间有间隙。且活塞式挤压组件适用的注入组件的主体最好是圆柱形的。该圆柱形的注入组件的底部可以设置锥形部，焊料流出口设置在锥形部的底部。本实施例中的驱动部可以是电机等传动装置。

相应的，本发明还提供一种焊接方法，其包括如下步骤：

S100：在所有待焊接工件的焊接面上加工微通道；待焊接工件可以是不锈钢、碳钢、合金钢、铜合金、铝合金、高温合金等金属材料，微通道的加工方法可以是机械加工或者电火花、激光、等离子体等特种加工方法。

S200：对所有所述微通道以及所述焊接面进行表面处理；本步骤中的表面处理包括对焊接面采用砂纸打磨以及采用丙酮等对焊接面和微通道进行清洗等处理；

S300：将两个待焊接工件夹紧；

S400：将焊接装置的焊料流出口对准所述微通道的一端，同时将吸气装置的吸气口对准微通道的另一端；本步骤中吸气口的横截面积应当大于微通道的横截面积；

S500：启动高压气体输入装置向所述注入组件通入高压气体，使熔融焊料从所述焊料流出口流入所述微通道；此时熔融焊料在高压气体以及重力作用下沿着微通道流动；

S600：待所述熔融焊料充满整个微通道时停止注入熔融焊料，实际操作时为当熔融焊料从微通道的另一端流出时停止注入熔融焊料，待焊接面上的熔融焊料冷却后焊接完成。

本实施例中首先在焊接工件的焊接面上加工出微通道，加工微通道的作用是方便熔融焊料的注入和流动，同时对熔融焊料起导流作用。然后将熔融焊料注入微通道，待熔融焊料充满整个微通道后停止注入熔融焊料，待熔融焊料凝固后焊接完成。整个焊接过程中，操作人员仅需要注意熔融焊料的停止即可，不需要移动焊接装置或待焊接工件，整个操作非常简单。

其中，微通道可以是各种深度、各种厚度、各种形状的。优选的，微通道的宽度为1mm至5mm，所述微通道的厚度为1mm至7mm。微通道的形状可以是直线、曲线或者网格线等。图5中的微通道为网格线。微通道为直线适用于两块厚度相当(厚度差值小于5mm)的待焊接工件的焊接，微通道为曲线适用于两块厚度差值小于10mm的待焊接工件的焊接，微通道为网格线适合于厚度差值较大的待焊接工件之间的焊接。微通道为直线时熔融焊料的流动速度较快；微通道为网格线时熔融焊料的流动速度最慢，这样能够使熔融焊料充满这个焊接面，有利于熔融焊料沿着焊接面厚度方向的流动。

需要说明的是微通道应当布满整个焊接面，且微通道的长度越长，则注入的熔融焊料越多；微通道的形状越曲折，熔融焊料的速度越慢，这样能够使熔融焊料完全填充整个焊接面，保证焊接效果。

本实施例中采用的焊料是熔化温度低于待焊接工件，并且与待焊接工件有较好润湿性的合金材料、钎料等。

尤其应当说明的是，待焊接工件的焊接面可以水平放置，也可以垂直放置。当水平放置时优选使用吸气装置，垂直放置时可以不使用吸气装置。

较佳的，步骤S500之前也就是熔融焊料注入之前还包括对待焊接工件加热的步骤。

本发明的焊接方法操作方便，与待焊接材料的厚度无关，尤其适用于厚度大于20mm的厚板的焊接，在核电、石油化工、冶金和造船等行业有着良好的应用前景。

实施例一

以厚度为80mm的紫铜板的焊接为例说明具体实施步骤。

S100：如图4所示，用微射射水刀在待焊接工件的焊接面上加工出微通道；本步骤中在两个待焊接工件上均加工微通道即第一紫铜板10上加工出第一微通道11，第二紫铜板20上加工出第二微通道21；

S200：对第一紫铜板10的焊接面和第二紫铜板20的焊接面采用砂纸打磨。然后采用丙酮对焊接面以及第一微通道11和第二微通道21进行清洗；

S300：如图1所示，采用夹具600将第一紫铜板10和第二紫铜板20夹紧，并使第一微通道11和第二微通道21对准形成组合微通道；

S400：将注入组件100的焊料流出口101对准组合微通道的入口端31，将吸气装置600的吸气口对准微通道的出口端32；然后固定焊接装置；

S500：用两个红外加热管对第一紫铜板10和第二紫铜板20进行加热，加热到300℃，并保持恒温；

S600：将锡料放入坩埚内加热至熔化，并将熔化的锡料放入注入组件100中；启动高压气体装置，使熔融锡料在重力作用下沿着微通道向下流动；

S700：待锡料从组合微通道的出口端32流出后，用陶瓷板迅速堵住微通道的出口端32；

S800：停止注入锡料，移走注入组件100和红外加热管；

S900：待紫铜板自然冷却后，移开陶瓷板，取下待焊接的紫铜板，焊接完成。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (5)

1.一种焊接方法，其特征在于，使用焊接装置，所述焊接装置包括：

注入组件，所述注入组件上设置有适用于盛放固体焊料或熔融焊料的空腔，所述注入组件上设置有与所述空腔连通的焊料流出口，所述焊料流出口用于对准设置于焊接面上的微通道的一端，所述焊料流出口的宽度与所述微通道的宽度相适应；以及

焊料挤出组件，所述焊料挤出组件安装在所述空腔中；且所述焊料挤出组件与所述空腔形成密闭空间；

所述焊接装置还包括吸气装置，所述吸气装置上设置有吸气口，所述吸气口用于对准所述微通道的另一端，所述吸气口的横截面积大于所述微通道的横截面积；

所述焊料能够从所述焊料流出口流入所述微通道，并在所述吸气装置的作用下从沿所述微通道流动；

所述焊接方法包括如下步骤：

S100：在所有待焊接工件的焊接面上加工微通道，所述微通道为具有一入口和一出口的网格线；

S200：对所有所述微通道以及所述焊接面进行表面处理；

S300：将两个待焊接工件夹紧；

S400：将所述焊接装置的所述注入组件的所述焊料流出口对准并放置于所述微通道的入口，将所述吸气口对准并放置于所述微通道的出口；

S500：启动所述焊料挤出组件使熔融焊料从所述焊料流出口流入所述微通道，并使所述熔融焊料在所述吸气装置的作用下沿所述微通道流动；

S600：待所述熔融焊料充满整个所述微通道时停止注入所述熔融焊料，待所述焊接面上的所述熔融焊料冷却后，焊接完成。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，步骤S500之前还包括对所述待焊接工件加热的步骤。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述焊料挤出组件与所述注入组件中的焊料的表面之间的距离大于等于5mm。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述微通道的厚度为1mm至7mm。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述微通道的宽度为1mm至5mm。