CN1086161C - 环－面异种金属高频加热压力钎焊方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种环-面异种金属高频加热压力钎焊方法及设备，是在不锈钢容器内底面(812)处加热，在外底面(811)上钎焊铝板(82)并同时在其上施加压力钎焊环形电阻丝发热管(83)。其上模头(61)底面有与焊件回转形状相同的凹槽(611)，下面的加热头(2)内嵌有至少一层感应线圈(22)，外圆面围有屏蔽环(21)，用100千赫以上频率的高频电源供电，程序控制。所述方法及设备可执行三层异形截面异种金属的钎焊工艺，焊接速度快，能源消耗少，很少“热污染”，适合工业化大规模生产。

Description

环-面异种金属高频加热压力钎焊方法及设备

技术领域  本发明涉及用感应加热方式钎焊金属部件的方法及设备，尤其涉及环-面三层异种金属用高频电源感应加热作程序控制压力钎焊的方法及专用设备。

背景技术  钎焊是利用各种外加热量使置于焊件间的钎料钎剂熔化，在焊件不熔化的条件下使之连接为一体。现在用于金属部件钎焊的方法和设备非常多，但对于焊件为两层以上、几何形状又不规则的一类接头，采用现有技术任何一种方法和设备都得不到比较理想的效果，而且还未有人研究和找到合理的解决方法和相应的设备，例如在不锈钢炊具外底面上同时复合均热铝板和环状电阻丝发热管的新一代电热不锈钢炊具钎焊工艺。在本发明方法和设备所属技术领域，对于不锈钢电热锅或热水器钎焊铝板或铜板的工艺，中国专利CN2246557Y(ZL95234704.0)公开了一种名为“电加热锅复合底用钎焊机”的技术方案，解决了将已焊好有管状电阻加热元件的铝板施加压力钎焊到不锈钢锅体底部的工艺及设备问题。该方案也可以加装微计算机作程序控制，并具有设备成本低廉等优点。但它钎焊的接头仍是简单的单层平面异种金属接头，完全未涉及三层异形截面钎焊的高难度技术。该专利技术的下模结构为装有岩棉和保温材料的底盘，用电阻丝发热，尽管是伸入被焊锅体里面加热，但加热功率受锅的内直径限制，效率低，能耗大，加热时间长达10至15分钟，不适合工业化大生产的要求，而且装卸工件间歇期间大量热能辐射损失，“热污染”严重。在国外，美国专利更早在1980年就公开了一项法国发明人于1976年和1978年提出的名为“用于对有曲面的平底实施钎焊覆板的钎焊压机”、专利号为US4,224,494、用感应加热方式钎焊金属部件的技术方案。该方案钎焊的对象仍是单层平面异种金属接头，采用的是比较合理的感应加热方法。但是受当时科学技术条件的限制，只能使用电子管高频或中频电源，转换效率低，能源消耗大。方案中上模为平面形，自上而下施加压力，而且是外部加热方式，只适合平面工件间的加热钎焊，完全不能用于环-面或异形截面间的钎焊。

发明内容  本发明的目的在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种全新的观点和技术方案，去解决适合复杂几何形状的三层异种金属间的钎焊工艺，例如环-面异种金属钎焊，用晶体管高频电源感应加热作程序控制压力钎焊的方法及专用设备。它的特点是采用内热式的高频感应加热先造成热量由平面层流向环面层的合理流向。根据结构特点，通过调整上模头与待焊组件各部位的间隙值来控制施加压力的先后、作用时间及压强变化，从而控制异形截面各部位的热流方向、热量大小和加热快慢，以致使两层不同部位的钎料、钎剂同时被加热至熔化，获得优质钎缝。又因为是高频感应局部加热，热量损失很少，热效率高，焊接速度大大加快，每一待焊组件完成钎焊时间只20至30秒钟，是一种高效能的工业化生产方法和设备。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来达到：实施一种环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，是在不锈钢容器内底面处加热，在该容器外底面上钎焊铝板或铜板并同时在该铝或铜板上施加压力、钎焊环形或其他异形电阻丝发热管，其工艺步骤包括A.在所述容器待焊的外底面上涂覆膏状钎剂；B.在所述铝板的两面同时涂覆湿态的膏状钎剂，而在它要与所述不锈钢外底面覆合的面上另再均匀洒布粉末状钎料；该工艺步骤尤其还包括C.在电阻丝发热管待焊的一侧表面涂布同样品种的膏状钎剂和粉末状钎料；D.将所述不锈钢容器倒扣过来，外底面朝上，同时以所述铝板已洒布粉末状钎料的一面覆于其上，再将所述发热管已涂膏状钎剂和粉末状钎料的一侧置于该铝板的另一面上；E.将上一步骤D装配好的待焊组件整体套在位于内衬台上面的感应加热头上，所述不锈钢容器的内底面直接接触该加热头顶面的感应板；F.以固定在压杆下端的上模头往下突出高度不同的各部位准确压于待焊组件的发热管和铝板上；G.接通高频感应线圈及屏蔽环用于冷却线圈的循环水系统；H.接通液压系统电源，液压缸按预先调整好的压力，经所述压杆向所述上模头及装配好的待焊组件施加压力，令其内各部件紧密接触；I.借助高频变压器接通连接感应加热头的高频电源，并通过控制系统控制该加热头的温度；感应板迅速升温，待焊组件内各处钎料瞬间熔化；J.依照设定时间自动切断高频电源，停止所述上模头的加压、移位，完成所述待焊组件的钎焊。

采用上述技术方案，其工艺步骤D.也可以换用另一种方式实施，即将所述不锈钢容器倒扣过来，外底面朝上，同时以所述铝板已洒布粉末状钎料的一面覆于其上，再按照所述发热管的弯折形状和尺寸裁剪、弯折丝状钎料，并将其和所述发热管已涂膏状钎剂的一侧一起放于所述铝板的另一面上，紧挨该发热管置于其环形内侧；

本发明的目的还可以通过采用以下技术方案来进一步实现：设计制造一种环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，包括壳体和固定在其上、可向下移动的压杆，以及感应加热头，还包括固定在所述壳体内的内衬台和高频变压器，以及置于所述加热头内部的冷却水系统。该加热头固定在非磁性材料制成的开口圆柱形内衬台上面，其内嵌有至少一层感应线圈，外圆面围有屏蔽环，所述冷却水系统位于所述感应线圈铜管内和屏蔽环的内圆面上。所述压杆的下端面固定有上模头，其底面有与焊件回转形状相同的凹槽。

同现有技术相比较，本发明方法及设备可执行三层异形截面异种金属的钎焊工艺，焊接速度快，能源消耗少，很少“热污染”，适合工业化大规模生产。

附图说明  图1是使用本发明钎焊方法时待焊组件各元素，包括焊件83、82和基件81，依序排列、准备施焊的分解示意图；

图2是使用所述方法时待焊组件在本发明钎焊设备上，在感应加热头2和上模头61之间施焊的立体示意图；

图3是上模头61从底面看的主视图和左视剖视图；

图4是本发明钎焊设备取下控制屏面板后的正面视图；

图5是所述设备的左视图；

图6是所述设备中内衬台3和感应加热头2的主视剖视图；

图7是感应加热头2内的屏蔽环21和冷却水系统5的俯视图。

具体实施方式  以下结合附图所示各最佳实施例作进一步详述：本发明的环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，如图1、图2所示，是在不锈钢容器81内底面812处加热，在所述容器81外底面811上钎焊铝板或铜板82并同时在该铝或铜板82上施加压力钎焊环形或其他异形电阻丝发热管83，其工艺步骤包括

A.在容器81待焊的外底面811上涂覆膏状钎剂74；

B.在铝板82的两面同时涂覆湿态的膏状钎剂74，而在它要与不锈钢外底面811覆合的面821上另再均匀洒布粉末状钎料72。所述工艺步骤尤其还包括

C.在电阻丝发热管83待焊的一侧831表面涂布同样品种的膏状钎剂74和粉末状钎料72；

D.将不锈钢容器81倒扣过来，外底面811朝上，同时以铝板82已洒布粉末状钎料72的面821覆于其上，再将发热管83已涂膏状钎剂74和粉末状钎料72的一侧置于所述铝板82的面822上；

E.将上一步骤D.装配好的待焊组件83、82、81整体套在位于内衬台3上面的感应加热头2上，容器81的内底面812直接接触加热头2顶面的感应板24；

F.以固定在压杆6下端的上模头61往下突出高度不同的各部位准确压于待焊组件的发热管83和铝板82上；

G.接通高频感应线圈22及屏蔽环21用于冷却线圈的循环水系统5；

H.接通液压系统电源，液压缸按预先调整好的压力，经压杆6向上模头61及装配好的待焊组件83、82、81施加压力，令其内各部件紧密接触；

I.借助高频变压器4接通连接感应加热头2的高频电源，并通过控制系统5控制加热头2的通电时间；感应板24迅速升温，待焊组件83、82、81内各处钎料瞬间熔化；

J.依照设定时间自动切断高频电源，停止上模头61的加压、移位，完成组件83、82、81的钎焊。

以上是本发明钎焊方法的最佳实施例之一。修改所述工艺步骤D.，即是本发明的另一最佳实施例，该工艺步骤D.修改为：将不锈钢容器81倒扣过来，外底面811朝上，同时以铝板82已洒布粉末状钎料72的面821覆于其上，再按照所述发热管83的弯折形状和尺寸裁剪、弯折丝状钎料71，并将其和发热管83已涂膏状钎剂74的一侧一起放于铝板82的面822上，紧挨发热管83置于其环形内侧。

在使用本发明方法的焊接过程中，热量快速从感应板24向不锈钢容器底面812、811传递，是依靠对感应线圈22的结构设计，包括线圈铜管截面形状、尺寸、匝数，匝间距离，匝间高度差，线圈层数及位置，来达到在整个铝板82和不锈钢外底面811的待焊平面上有比较均匀的温度。而焊接过程中，控制热量从感应板24首先向发热管83同铝板82接触处传递，然后依次向铝板82同不锈钢外底面811边缘接触处和中部接触处传递，则是依靠设计上模头61与待焊组件83、82、81上部各处的间隙值有差异来做到。所述上模头61的底面形状系根据待焊组件83、82、81形状、各焊接点的加热顺序以及感应线圈22产生的磁场强弱分布专门设计的，它使得铝板82与不锈钢外底面811之间，以及与发热管83之间的钎料72、71几乎同时熔化。本发明方法所用高频电源的频率通常在100千赫以上。

本发明的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，如图3至图7所示，包括壳体1和固定在其上、可向下移动的压杆6，以及感应加热头2，还包括固定在壳体1内的内衬台3和高频变压器4，以及置于加热头2内部的冷却水系统5，尤其是，所述加热头2固定在非磁性材料制成的开口圆柱形内衬台3上面，其内嵌有至少一层感应线圈22，外圆面围有屏蔽环21，冷却水系统5位于感应线圈22钢管内和屏蔽环21的内圆面上；所述压杆6的下端固定有上模头61，其底面有与焊件回转形状相同的凹槽611。并且所述加热头2内的高频线圈22的上面还固定有隔热板23及其上面的感应板24，在高频线圈22的下面固定有线圈定位板25，它将加热头2与内衬台3连接在一起。高频感应线圈22的外围套有屏蔽环21是为了防止磁场泄漏而使非焊接部位加热。冷却水系统5则是用于保护屏蔽环21和感应加热头2不被长时间加热烧坏。

由图6可见，所述加热头2内的高频线圈22的下面也可以增加一层形状与焊件回转形状相同的附加线圈26，其目的在于，通过计算磁场作用点，对需要特殊加热的焊件焊点集中加热，提高焊接质量。图4、图5显示，变压器4的位置在壳体1前部靠近加热头2的地方，这样可以减少功率损耗，节省能源。

由图3可知，所述上模头61上的凹槽611的深度略小于焊件的高度。所述凹槽611所围平面612相比其外围平面613，要略微凹入一些。由于上模头61形状的特殊设计，其底面凹槽611先压在焊件上，焊件与基件的接触面积增大，热量快速传递至焊件上，焊件与基件接触面处的温度较其他部位高，之后上模头61底面的平面613与复合底平面822接触，最后略微凹入的平面612与该复合底平面822中央部分接触，热量加速传递至该两处接触面上。众所周知，热量的传递速度是受接触面积影响的，磁场的强弱使温度自中心向外围递减，上模头61控制焊件与基件各部位的接触顺序、传热效果不同，以达到所有夹层内的钎料、钎剂同时熔化，完成钎焊过程，达到理想焊接效果，有效地防止局部焊接熔化而其他部位的焊丝还未熔化的现象。

Claims (11)

1.一种环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，是在不锈钢容器(81)内底面(812)处加热，在所述容器(81)外底面(811)上钎焊铝板或铜板(82)并同时在该铝或铜板(82)上施加压力钎焊环形或其他异形电阻丝发热管(83)，其工艺步骤包括

A.在容器(81)待焊的外底面(811)上涂覆膏状钎剂(74)；

B.在铝板(82)的两面同时涂覆湿态的膏状钎剂(74)，而在它要与不锈钢外底面(811)覆合的面(821)上另再均匀洒布粉末状钎料(72)；

其特征在于：

所述工艺步骤还包括

C.在电阻丝发热管(83)待焊的一侧(831)表面涂布同样品种的膏状钎剂(74)和粉末状钎料(72)；

D.将不锈钢容器(81)倒扣过来，外底面(811)朝上，同时以铝板(82)已洒布粉末状钎料(72)的面(821)覆于其上，再将发热管(83)已涂膏状钎剂(74)和粉末状钎料(72)的一侧置于所述铝板(82)的面(822)上；

E.将上一步骤D.装配好的待焊组件(83)、(82)、(81)整体套在位于内衬台(3)上面的感应加热头(2)上，容器(81)的内底面(812)直接接触加热头(2)顶面的感应板(24)；

F.以固定在压杆(6)下端的上模头(61)往下突出高度不同的各部位准确压于待焊组件的发热管(83)和铝板(82)上；

G.接通高频感应线圈(22)及屏蔽环(21)用于冷却线圈的循环水系统(5)；

H.接通液压系统电源，液压缸按预先调整好的压力，经压杆(6)向上模头(61)及装配好的待焊组件(83)、(82)、(81)施加压力，令其内各部件紧密接触；

I.借助高频变压器(4)接通连接感应加热头(2)的高频电源，并通过控制系统控制加热头(2)的通电时间；感应板(24)迅速升温，待焊组件(83)、(82)、(81)内各处钎料瞬间熔化；

J.依照设定时间自动切断高频电源，停止上模头(61)的加压、移位，完成组件(83)、(82)、(81)的钎焊。

2.一种环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，是在不锈钢容器(81)内底面(812)处加热，在所述容器(81)外底面(811)上钎焊铝板或铜板(82)并同时在该铝或铜板(82)上施加压力钎焊环形或其他异形电阻丝发热管(83)，其工艺步骤包括

A.在容器(81)待焊的外底面(811)上涂覆膏状钎剂(74)；

B.在铝板(82)的两面同时涂覆湿态的膏状钎剂(74)，而在它要与不锈钢外底面(811)覆合的面(821)上另再均匀洒布粉末状钎料(72)；

其特征在于：

所述工艺步骤还包括

C.在电阻丝发热管(83)待焊的一侧(831)表面涂布同样品种的膏状钎剂(74)；

D.将不锈钢容器(81)倒扣过来，外底面(811)朝上，同时以铝板(82)已洒布粉末状钎料(72)的面(821)覆于其上，再按照所述发热管(83)的弯折形状和尺寸裁剪、弯折丝状钎料(71)，并将其和发热管(83)已涂膏状钎剂(74)的一侧一起放于铝板(82)的面(822)上，紧挨该发热管(83)置于其环形内侧；

E.将上一步骤D.装配好的待焊组件(83)、(82)、(81)整体套在位于内衬台(3)上面的感应加热头(2)上，容器(81)的内底面(81 2)直接接触加热头(2)顶面的感应板(24)；

F.以固定在压杆(6)下端的上模头(61)往下突出高度不同的各部位准确压于待焊组件的发热管(83)和铝板(82)上；

G.接通高频感应线圈(22)及屏蔽环(21)用于冷却线圈的循环水系统(5)；

H.接通液压系统电源，液压缸按预先调整好的压力，经压杆(6)向上模头(61)及装配好的待焊组件(83)、(82)、(81)施加压力，令其内各部件紧密接触；

I.借助高频变压器(4)接通连接感应加热头(2)的高频电源，并通过控制系统控制加热头(2)的通电时间；感应板(24)迅速升温，待焊组件(83)、(82)、(81)内各处钎料瞬间熔化；

J.依照设定时间自动切断高频电源，停止上模头(61)的加压、移位，完成组件(83)、(82)、(81)的钎焊。

3.按照权利要求1或2所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，其特征在于：

焊接过程中，热量快速从感应板(24)向不锈钢容器底面(812)、(811)传递，是依靠对感应线圈(22)的结构设计，包括线圈铜管截面形状、尺寸、匝数，匝间距离，匝间高度差，线圈层数及位置，来达到在整个铝板(82)和不锈钢外底面(811)的待焊平面上有比较均匀的温度。

4.按照权利要求1或2所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，其特征在于：

焊接过程中，控制热量从感应板(24)首先向发热管(83)同铝板(82)接触处传递，然后依次向铝板(82)同不锈钢外底面(811)边缘接触处和中部接触处传递，是依靠设计上模头(61)与待焊组件(83)、(82)、(81)上部各处的间隙值有差异来做到的；所述上模头(61)的底面形状系根据待焊组件(83)、(82)、(81)形状、各焊接点的加热顺序以及感应线圈(22)产生的磁场强弱分布专门设计的，它使得铝板(82)与不锈钢外底面(811)之间，以及与发热管(83)之间的钎料(72)、(71)几乎同时熔化。

5.按照权利要求1或2所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊方法，其特征在于：所述高频电源的频率在100千赫以上。

6.一种环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，包括壳体(1)和固定在其上、可向下移动的压杆(6)，以及感应加热头(2)，还包括固定在壳体(1)内的内衬台(3)和高频变压器(4)，以及置于加热头(2)内部的冷却水系统(5)，其特征在于：

所述加热头(2)固定在非磁性材料制成的开口圆柱形内衬台(3)上面，其内嵌有至少一层感应线圈(22)，外圆面围有屏蔽环(21)，冷却水系统(5)位于感应线圈(22)铜管内和屏蔽环(21)的圆面上；所述压杆(6)的下端面固定有上模头(61)，其底面有与焊件回转形状相同的凹槽(611)。

7.按照权利要求6所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，其特征在于：

所述加热头(2)内的高频线圈(22)的上面还固定有隔热板(23)及其上面的感应板(24)，在高频线圈(22)的下面固定有线圈定位板(25)。

8.按照权利要求6所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，其特征在于：

所述加热头(2)内的高频线圈(22)的下面也可以增加一层形状与焊件回转形状相同的附加线圈(26)。

9.按照权利要求6所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，其特征在于：所述变压器(4)的位置在壳体(1)前部靠近加热头(2)的地方。

10.按照权利要求6所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，其特征在于：所述上模头(61)的凹槽(611)的深度略小于焊件的高度。

11.按照权利要求10所述的环-面异种金属高频加热压力钎焊设备，其特征在于：所述凹槽(611)所围平面(612)相比其外围平面(613)，要略微凹入一些。

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