CN111375919B - 电火花微焊接装置及方法 - Google Patents

Abstract

电火花微焊接装置及方法，属于微焊接领域；解决了微焊接技术中在焊接时，传统高能束热源持续热输入对构件易造成热损伤及热影响区域大的问题。包括操作台、棒状工具电极和脉冲电源；操作台上设有夹具，夹具由导电材料制成；夹具用于对待焊接构件进行夹固，脉冲电源的一个电源端与棒状工具电极的一端连接，脉冲电源的另一个电源端与夹具连接，并接入电源地；棒状工具电极位于待焊接构件上方，且二者间有间隙，待焊接构件作为工件电极；利用棒状工具电极和工件电极之间的绝缘介质，在脉冲电源发出的脉冲电压作用下被击穿所产生的电火花放电通道为热源，对待焊接构件进行熔凝连接。把发明主要用于微焊接。

Description

电火花微焊接装置及方法

技术领域

本发明属于微焊接领域，具体的讲是以待焊接的若干构件为工件电极，利用工件电极与工具电极之间的绝缘介质被脉冲电压击穿瞬间产生的火花放电通道为热源、对焊接构件进行焊接的新型焊接方法及装置。

背景技术

为了减少能源消耗和满足某些应用场景的特殊需求，工业构件的尺寸正朝着微小化发展，尤其是医疗器械、催化转换器和电力电子等行业对金属丝材和金属箔材等微尺寸构件的微焊接有着迫切的需求。

微尺寸构件是指其形状尺寸的某一个尺寸在微米级别，即几百微米甚至几微米，这就意味着焊接过程中必须要克服因为其微尺寸特点所带来的影响。

目前主要的微焊接方法通常分为四种基本类型：固态连接solid-state bonding、钎焊、粘结剂结合以及熔焊。在以上所有焊接类型中，高能束焊接通过高能束热源可以在整体热输入量较小的情况下实现基体局部或填充物快速熔凝连接，且加工过程灵活简便，可以很好地解决被连接构件的微尺寸效应导致的微焊接过程中加工空间小、焊接精度要求高、构件易变形的难点，相比较于其他焊接方式具有重要的优势。

虽然现有高能束激光、电子束和等离子弧微焊接技术都有各自的优势，但也有应用的局限性，传统高能束热源持续热输入对构件易造成损伤，热影响区域大，且设备及后续维修成本较高，这阻碍了微焊接技术在工业领域的广泛应用，因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决微焊接技术中在焊接时，传统高能束热源持续热输入对构件易造成热损伤及热影响区域大的问题，本发明提供了一种电火花微焊接装置及方法。

电火花微焊接装置，包括操作台、棒状工具电极和脉冲电源；

操作台上设有夹具，夹具由导电材料制成；

夹具用于对待焊接构件进行夹固，脉冲电源的一个电源端与棒状工具电极的一端连接，脉冲电源的另一个电源端与夹具连接；

棒状工具电极位于待焊接构件上方，且二者间有间隙，待焊接构件作为工件电极；

利用棒状工具电极和工件电极之间的绝缘介质，在脉冲电源发出的脉冲电压作用下被击穿所产生的电火花放电通道为热源，对待焊接构件进行熔凝连接。

优选的是，还包括放电间隙伺服进给控制系统和电极运动轨迹控制系统；

放电间隙伺服进给控制系统，用于对棒状工具电极与待焊接构件间的间隙进行调节；

电极运动轨迹控制系统，用于对棒状工具电极的焊接轨迹进行控制。

优选的是，脉冲电源为RC驰张式脉冲电源、独立式晶体管脉冲电源、上述两种电源的组合。

采用所述的电火花微焊接装置实现的焊接方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、首先将两个待焊接构件固定在操作台上，使两个待焊接构件之间的待结合面紧密贴合在一起；

步骤二、根据待焊接构件的材料以及焊接需求确定脉冲电源输出的脉冲电压的脉冲形状、脉宽、放电频率和单次脉冲放电能量；

步骤三、通过放电间隙伺服进给控制系统调节棒状工具电极与上层待焊接构件的待焊接面之间的间隙至预设间距，使脉冲电源开始放电，棒状工具电极与待焊接构件的待焊接面之间的绝缘介质被击穿时，所产生的电火花放电通道作为热源，在两个待焊接构件之间的待结合区域产生熔池，同时通过电极运动轨迹控制系统对棒状工具电极的焊接轨迹进行控制，直至焊接完成，从而实现对两个待焊接构件间的熔凝连接。

优选的是，所述实现对两个待焊接构件间的熔凝连接的焊接方式为点焊、缝焊或搭接焊。

本发明带来的有益效果是，利用棒状工具电极和工件电极之间的绝缘介质，在脉冲电源发出的脉冲电压作用下被击穿所产生的电火花放电通道为热源，在待焊接构件的待焊接区域产生微小熔池，从而实现被焊接构件的熔凝连接。本发明中电火花放电通道的脉冲属性为，加工过程中存在脉冲间隔，即放电-消离交替出现，避免了传统高能束热源持续热输入对待焊接构件的损伤，有利于减小的热影响区。

本发明通过采用微小尺寸的棒状工具电极，使熔池产生在微小的区域范围内，从而使熔池具有良好的定域性。

说明书附图

图1为本发明所述的电火花微焊接装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

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

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的电火花微焊接装置，包括操作台1、棒状工具电极2和脉冲电源3；

操作台1上设有夹具1-1，夹具1-1由导电材料制成；

夹具1-1用于对待焊接构件4进行夹固，脉冲电源3的一个电源端与棒状工具电极2的一端连接，脉冲电源3的另一个电源端与夹具1-1连接，并接入电源地；

棒状工具电极2位于待焊接构件4上方，且二者间有间隙，待焊接构件4作为工件电极；

利用棒状工具电极2和工件电极之间的绝缘介质，在脉冲电源3发出的脉冲电压作用下被击穿所产生的电火花放电通道为热源，对待焊接构件4进行熔凝连接。

当棒状工具电极2作为正极时，待焊接构件4作为负极；反之，当棒状工具电极2作为负极时，待焊接构件4作为正极。

本发明中电火花放电通道的脉冲属性为，加工过程中存在脉冲间隔，即放电-消离交替出现，在棒状工具电极2和待焊接构件4之间施加具有一定幅值的脉冲电压，棒状工具电极2和待焊接构件4之间绝缘介质被击穿时产生高能量密度的放电通道，该放电通道可作为焊接的热量来源，在待焊接构件4的待焊接区域产生微小熔池，从而实现被焊接构件的熔凝连接，避免了传统高能束热源持续热输入对待焊接构件4的损伤，有利于减小的热影响区。

本发明通过采用微小尺寸的棒状工具电极2，使熔池产生在微小的区域范围内，从而使熔池具有良好的定域性。

所述的待焊接构件4为导电材料或半导体材料均可，包括同种导电材料、异种导电材料混合、导电材料与非导电材料的组合等，从而实现同种材料或者异种材料的焊接。

进一步的，所述的电火花微焊接装置，还包括放电间隙伺服进给控制系统和电极运动轨迹控制系统；

放电间隙伺服进给控制系统，用于对棒状工具电极2与待焊接构件4间的间隙进行调节；

电极运动轨迹控制系统，用于对棒状工具电极2的焊接轨迹进行控制。

更进一步的，脉冲电源3为RC驰张式脉冲电源、独立式晶体管脉冲电源、上述两种电源的组合，或其它可产生火花放电的电源。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的采用电火花微焊接装置实现的焊接方法，该方法包括如下步骤：

步骤一、首先将两个待焊接构件4固定在操作台1上，使两个待焊接构件4之间的待结合面紧密贴合在一起；

步骤二、根据待焊接构件4的材料以及焊接需求确定脉冲电源3输出的脉冲电压的脉冲形状、脉宽、放电频率和单次脉冲放电能量；

步骤三、通过放电间隙伺服进给控制系统调节棒状工具电极2与上层待焊接构件4的待焊接面之间的间隙至预设间距，使脉冲电源3开始放电，棒状工具电极2与待焊接构件4的待焊接面之间的绝缘介质被击穿时，所产生的电火花放电通道作为热源，在两个待焊接构件4之间的待结合区域产生熔池，同时通过电极运动轨迹控制系统对棒状工具电极2的焊接轨迹进行控制，直至焊接完成，从而实现对两个待焊接构件4间的熔凝连接。本实施方式中，可以通过调节工艺参数来控制焊接速度和焊接质量，通过改变单脉冲放电能量、脉冲电源波形、放电频率和脉宽等放电参数，及通过控制棒状工具电极2扫描速度、焊接轨迹等工艺参数，以满足不同被焊接材料的不同焊接需求。

本发明通过将棒状工具电极2在熔融状态下沉积到连接处，形成冶金结合，有利于在放电连接处形成优异焊接形貌。

更进一步的，所述实现对两个待焊接构件4间的熔凝连接的焊接方式为点焊、缝焊或搭接焊。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (5)

1.电火花微焊接方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一、首先将两个待焊接构件（4）固定在操作台（1）上，使两个待焊接构件（4）之间的待结合面紧密贴合在一起；

步骤二、根据待焊接构件（4）的材料以及焊接需求确定脉冲电源（3）输出的脉冲电压的脉冲形状、脉宽、放电频率和单次脉冲放电能量；

步骤三、通过放电间隙伺服进给控制系统调节微小尺寸的棒状工具电极（2）与上层待焊接构件（4）的待焊接面之间的间隙至预设间距，使脉冲电源（3）开始放电，棒状工具电极（2）与待焊接构件（4）的待焊接面之间的绝缘介质被击穿时，所产生的电火花放电通道作为热源，在两个待焊接构件（4）之间的待结合区域产生微小熔池，同时通过电极运动轨迹控制系统对棒状工具电极（2）的焊接轨迹进行控制，直至焊接完成，从而实现对两个待焊接构件（4）间的熔凝连接；此外，微小尺寸的棒状工具电极（2）在熔融状态下沉积到连接处，形成冶金结合，有利于弥补放电连接过程中工件材料的微量蚀除，在放电连接处形成优异焊接形貌。

2.根据权利要求1所述的电火花微焊接方法，其特征在于，所述实现对两个待焊接构件（4）间的熔凝连接的焊接方式为点焊、缝焊或搭接焊。

3.实现权利要求1所述的电火花微焊接方法的电火花微焊接装置，其特征在于，包括操作台（1）、棒状工具电极（2）和脉冲电源（3）；

操作台（1）上设有夹具（1-1），夹具（1-1）由导电材料制成；

夹具（1-1）用于对待焊接构件（4）进行夹固，脉冲电源（3）的一个电源端与棒状工具电极（2）的一端连接，脉冲电源（3）的另一个电源端与夹具（1-1）连接；

棒状工具电极（2）位于待焊接构件（4）上方，且二者间有间隙，待焊接构件（4）作为工件电极；

利用棒状工具电极（2）和工件电极之间的绝缘介质，在脉冲电源（3）发出的脉冲电压作用下被击穿所产生的电火花放电通道为热源，对待焊接构件（4）进行熔凝连接。

4.根据权利要求3所述的电火花微焊接装置，其特征在于，还包括放电间隙伺服进给控制系统和电极运动轨迹控制系统；

放电间隙伺服进给控制系统，用于对棒状工具电极（2）与待焊接构件（4）间的间隙进行调节；

电极运动轨迹控制系统，用于对棒状工具电极（2）的焊接轨迹进行控制。

5.根据权利要求3所述的电火花微焊接装置，其特征在于，脉冲电源（3）为RC驰张式脉冲电源、独立式晶体管脉冲电源、上述两种电源的组合。

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