CN111790976B - 一种多层箔材焊接机和焊接方法 - Google Patents

一种多层箔材焊接机和焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层箔材焊接机，其包括上下竖直运动的上冲头，与上冲头固连的上加热组件，下加热组件，与所述上加热组件的正下方固定设置，底板，于所述下加热组件的下部支撑所述下加热组件，保护气氛箱，套设在所述上、下加热组件的外部，所述底板的上部，且所述底板将其底部封闭，所述上冲头从其顶部伸入所述保护气氛箱内。由上，向保护气氛箱内通入压力大于大气压力的保护气体，防止空气进入保护气氛箱内，使多层箔材加热时发生氧化反应；多层箔材置于下加热组件上，当上下加热组件合体时对两者之间的多层箔材加热加压使其焊接为复合箔材。

Description

一种多层箔材焊接机和焊接方法
技术领域
本发明属于机械加热设备技术领域，特别是指一种多层箔材焊接机和焊接方法。
背景技术
单层金属箔的常用制备方法是平辊带式轧制，较软的金属如铝箔和锡箔，多采用四辊或二辊轧制；对于变形抗力高的金属如铜、镍、钛及钨、钼等的箔材，则采用刚度大、辊径细的轧机轧制，可轧制单层厚度达到0.001mm的箔材。除了轧制法之外，工业上还采用电解沉积法制造印刷电路用铜箔和真空蒸镀法制造包装用的铝箔。
将不同材料的箔材融合在一起，可以得到综合性能更优的复合箔材。生产这种复合箔材，需要将多种箔材连接在一起，压力扩散焊接可以实现多种材料的连接，其是在一定压力和温度条件下，经过一定时间的保温保压，通过连接界面原子间的相互扩散实现连接。
但是生产单层金属箔材的装置和轧制方法因不能长时间的保温保压而不适用于多层箔材的焊接。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多层箔材焊接机，将多层箔材焊接为复合箔材。
本发明一种多层箔材焊接机，其包括
上下竖直运动的上冲头31，
上加热组件34，于所述上冲头31的下部与其固连，
下加热组件35，与所述上加热组件34的正下方固定设置，其顶部用于承载待焊接的多层箔材，
底板36，于所述下加热组件35的下部支撑所述下加热组件35，
保护气氛箱33，套设在所述上、下加热组件的外部，以及所述底板36的上部，且所述底板36将其底部封闭，所述上冲头31从其顶部匹配的通孔伸入所述保护气氛箱33内。
由上，向保护气氛箱33内通入压力大于大气压力的保护气体，防止空气进入保护气氛箱33内，使多层箔材加热时发生氧化反应；多层箔材置于下加热组件上，当上下加热组件合体时对两者之间的多层箔材加热加压使其焊接为复合箔材。
较佳的，所述上、下加热组件对称设置，均包括：由所述上、下加热组件的外部朝向可接触面依次设置的：
方形槽的冷却套341，351，其上设置复数个水通道342，352，上冷却套341于所述上冲头31的下部与其固连，下冷却套351固定设置，
方形槽的保温套345，355，设置在所述冷却套341，351内并与其固连，
加热部件，设置在所述保温套345，355内并与其固连，
上、下模具349，359，将所述冷却套341，351和所述保温套345，355的开口端封闭，并与所述冷却套341，351固连。
由上，加热部件加热时，上下模具与加热部件对应的部分被加热，从而对上、下模具之间的多层箔材进行加热。
较佳的，还包括：
保温部件设置在所述冷却套341，351和所述保温套345，355之间。
由上，冷却套和保温套之间的保温部件防止热量向外扩散
较佳的，所述加热部件包括：
加热管支撑体347，357，设置在所述保温套345，355内，
复数个加热管348，358，由所述加热管支撑体347，357所支撑。
较佳的，还包括：开卷辊1和收卷辊4，分别沿着多层箔材的输送方向置于所述保护气氛箱33的前后两侧，多层箔材卷置于所述开卷辊1上，多层箔材卷展开的一端穿过所述保护气氛箱33后绕在所述收卷辊4上；
所述保护气氛箱33对应所述开卷辊1和所述收卷辊4的两侧设置有通孔，多层箔材通过该通孔穿过所述保护气氛箱33。
由上，设置有开卷辊1和收卷辊4，可以在多层箔材的一段被加热焊接成为复合箔材后，转动收卷辊4使复合箔材前移，多层箔材置于下加热组件上实现连续焊接。
一种利用以上所述的多层箔材焊接机的箔材焊接方法，其包括：
步骤1，将制成卷的多层箔材置于多层箔材焊接机3一侧的开卷辊1上，展开的一端多层箔材置于下加热组件35上后，连接于所述多层箔材焊接机3另一侧的收卷辊4上；
步骤2，向保护气氛箱33内通入惰性气体直到大于大气压力的设定压力；
步骤3，上冲头31下移，上、下模具349，359合模；
步骤4，上、下加热管348，358接通电源加热，使上、下模具349，359达到设定温度；
步骤5，所述上冲头31向所述上、下模具349，359施加多层箔材焊合压力；
步骤6，对多层箔材保温保压一定时间使之焊接成为复合箔材，断开所述加热管348，358电源，撤掉所述上冲头31施加的多层箔材焊合压力；
步骤7，所述上冲头31带着所述上模具349上移，所述保护气氛箱33内的喷嘴向复合箔材吹惰性气体，使复合箔材快速冷却；
步骤8，所述收卷辊4转动使复合箔材前移小于多层箔材加热长度的距离；
步骤9，重复步骤3至步骤8，直到多层箔材卷上的多层箔材加热加压完毕。
由上，经过步骤4加热，步骤5施加焊合压力并保持一定时间后，多层箔材焊接成为复合箔材，经过步骤7的冷却使复合箔材温度降低，强度增强，从而可以卷在收卷辊4上。
较佳的，步骤2中向所述保护气氛箱33内充入的惰性气体为氦气，压力为1.5×105Pa。
由上，大于空气压力的惰性气体可防止空气进入保护气氛箱内，以防止多层箔材加热时与空气发生氧化反应。
较佳的，步骤5中施加的焊合压力为40～80MPa。
附图说明
图1为一种多层箔材焊接机的主视剖视图；
图2为一种多层箔材焊接机去掉上加热组件的俯视图；
图3为压力与加热温度变化曲线图。
具体实施方式
如图1和图2所示，为多层箔材的焊接机3，其焊接机3前后分别设置有开卷辊1和收卷辊4，多层箔材卷成卷置于开卷辊1上，多层箔材展开的一端经过焊接机加热压合成为复合箔材后，在收卷辊4上重新卷成卷。
焊接机3包括上冲头31、与上冲头31的下端固连的连接板32、以及于连接板32的下部与其固连的上加热组件34、置于底板36上的下加热组件35，上、下加热组件、连接板32以及部分上冲头31置于保护气氛箱33内；保护气氛箱33的顶部设置一开口，上冲头31伸入该开口内，压力机驱动上冲头31带着上加热组件34上下往复移动，当上加热组件34向下移动与下加热组件贴合时，多层箔材被压在上、下加热组件之间。
上、下加热组件结构对称设置，其上均设置有加热组件、保温组件和模具，加热组件加热时模具被加热，对上、下模具之间的多层箔材进行加热，这里以上加热组件34为例对其结构进行说明，上加热组件34包括上冷却套341，其为倒置的方形槽，在冷却套341的四个内壁和其顶部内设置多个水通道342，向多个水通道342内通入冷却水以便对上冷却套341进行冷却，防止对操作工人造成伤害；在冷却套341内从上向下依次设置上垫板343、上隔热板344和上保温套345，上保温套345和上冷却套341一样为倒置的方形槽；在上保温套345和上冷却套341的四个侧面之间设置有上侧隔热套346；在上保温套345内设置有上加热管支撑体347，在上加热管支撑体347上沿着焊接机的宽度方向设置两个上加热管348，其中上加热管支撑体347和上保温套345通过高温合金螺钉固定在上垫板343上，在上加热管支撑体347、上保温套345、上侧隔热套346和上冷却套341的下部固连一将上冷却套341和上保温套345的开口端封闭的上模具349，使上冷却套341内从外向内依次形成冷却区、保温区和加热区。
上、下加热组件的上、下加热管348、358加热时，上、下加热管支撑体347、357传导热量，上、下模具349、359与上、下加热管支撑体相对应的地方被加热，当上、下模具合模时，两者之间的多层箔材被加热融合在一起形成复合箔材。根据复合箔材所需要的厚度tmm，在上下平板模具相对的面上分别加工出深度为t/2mm的型腔，型腔宽度大于复合箔材宽度1mm。
上、下保温套345、355防止其内放置的上、下加热管348、358产生的热量向外散发，将其大部分热量固封在保温套内用于加热多层箔材2，于上保温套345的上部设置的上隔热板344、于下保温套355的底部设置的下隔热板354、以及设置在上保温套345和上冷却套341四个侧面之间的上侧隔热套346、设置在下保温套355和下冷却套351四个侧面之间的下侧隔热套356进一步阻止热量向外传输。
上隔热板344、下隔热板354、上侧隔热套346和下侧隔热套356设置在上、下保温套345、355的外部，防止其内的热量向外扩散，因此将以上四者称为保温部件。
上、下加热组件合模时，对置于上、下加热组件之间的多层箔材加热加压，复合金属箔材在高温下进行压合，工作温度通常为金属熔点Tm-200℃，温度很高，复合箔材在这个温度下容易发生氧化而失去导电性能，向保护气氛箱33内充入一定压力的惰性气体或者其他还原性气体，这里把惰性气体和其他还原性气体统称为保护气体，一般充入压力为1.5×105Pa的氦气，在保护气氛箱33内形成正压，使得空气不能进入保护气氛箱33内，防止复合箔材在整个焊合过程中被氧化。
向保护气氛箱33内通入一定压力的保护性气体后，模具加热系统开始向上、下加热管348、358通电加热。模具加热温度采用PID控制，在上、下模具的加热区37，设置热电偶来测量模具加热的温度。PID控制器与热电偶(未画出)连接以接收模具的反馈温度，PID控制器与加热电源连接来控制电源的开关。PID控制器设置需要加热的温度，接通上加热管348和下加热管358的电源开关开始加热，当上、下模具的加热区37的温度上升到设置温度后，热电偶反馈温度信号给PID控制器，PID控制器切断电源开关，当上、下模具的加热区37的温度下降到设定的温度下限时，PID控制器接通电源继续加热模具，始终保证在上、下模具的加热区37的温度为合适的焊合温度。较佳的温度控制精度为±20℃，能够保证复合箔材焊合为一体。
在多层箔材加热加压焊合为复合箔材的过程，上冲头作用在上、下模具上的焊合压力非常重要。在焊合区的金属，在焊合压力的作用下发生塑形变形、再结晶和扩散等过程使得多层箔材焊合在一起。焊合压力和温度之间存在着如图3所示的关系，焊合区温度越高，焊合压力就越低。焊合压力是使各箔材表面紧密接触形成焊合区的重要条件，加热可以提高金属塑性，降低金属的变形抗力，显著降低所需的焊合压力，同时加热又可以增加金属原子的活性和扩散能力，促使原子间的相互作用易于实现焊合。因此控制复合箔材的焊合压力很重要，在上冲头施加在上、下模具上的压力一定的情况下，通过增大上、下模具的承压面积来减少焊合压力，一般焊合压力在40—80MPa。
复合箔材经过充分的保温保压时间后完成焊合，此时PID控制器断开上、下加热管的电源，上模具349在上冲头31的带动下向上移动与下模具359分开，保护气氛箱33内的喷嘴(图中未标出)对准下模具的加热区37处的已焊合为复合箔材吹惰性气体，使复合箔材快速降温冷却，随着温度的降低，复合箔材的强度增加，一般降温到200度以下，使之能够承受收卷辊4转动产生的拉力，并能够实现复合箔材的连续压制。
多层箔材经过该焊接机时，因为保护气氛箱33内充有惰性气体，保护气氛箱33内从左向右，多层箔材依次经过上、下模具外的左冷却区、上、下模具内的左保温区、上、下模具内的加热区、上、下模具内的右保温区和上、下模具外的右冷却区，这样，多层箔材在进入上、下模具内的加热区之前先预加热，然后进入加热区加热，保温
下面对多层箔材的加热工艺过程进行详细说明：
步骤1，将制成卷的多层箔材置于多层箔材焊接机3前面的开卷辊1上，展开的一端多层箔材置于下加热组件35上后，连接于所述多层箔材焊接机3后面的收卷辊4上；
步骤2，向保护气氛箱33内通入大于大气压力的惰性气体；
步骤3，上冲头31下移，上、下模具349，359合模；
步骤4，上、下加热管348，358接通电源加热，使上、下模具349，359达到设定温度；
步骤5，所述上冲头31向所述上、下模具349，359施加多层箔材焊合压力；
步骤6，对多层箔材保温保压一定时间使之焊接成为复合箔材，断开所述加热管348，358电源，撤掉所述上冲头31施加的多层箔材焊合压力；
步骤7，所述上冲头31带着所述上模具349上移，所述保护气氛箱33内的喷嘴向复合箔材吹保护气体，使复合箔材快速冷却；
步骤8，所述收卷辊4转动使复合箔材前移小于多层箔材加热长度的距离；
加热加压一定时间多层箔材成为复合箔材后，收卷辊转动使复合箔材前移的距离小于多层箔材加热长度，这样加热的多层箔材就有一段复合箔材作为过渡，这样形成的复合箔材性能稳定，质量均匀。
步骤9，重复步骤3至步骤8，直到多层箔材卷上的多层箔材加热加压完毕。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明多层箔材焊接机除了焊接多层箔材外，还可以焊接一些板材。

Claims (6)

1.一种多层箔材焊接机，其特征在于，其包括
上下竖直运动的上冲头(31)，
上加热组件(34)，于所述上冲头(31)的下部与其固连，
下加热组件(35)，与所述上加热组件(34)的正下方固定设置，其顶部用于承载待焊接的多层箔材，
底板(36)，于所述下加热组件(35)的下部支撑所述下加热组件(35)，
保护气氛箱(33)，套设在所述上、下加热组件的外部，以及所述底板(36)的上部，且所述底板(36)将其底部封闭，所述上冲头(31)从其顶部匹配的通孔伸入所述保护气氛箱(33)内；
所述上、下加热组件对称设置，均包括：由所述上、下加热组件的外部朝向可接触面依次设置的：
冷却套(341,351)，其为方形槽，冷却套的四个内壁和其顶部内设置复数个水通道(342,352)，用于通入冷却水以对冷却套(341,351)进行冷却，
保温套(345,355)，设置在所述冷却套(341,351)内并与其固连，
加热部件，设置在所述保温套(345,355)内并与其固连，
上、下模具(349,359)，将所述冷却套(341,351)和所述保温套(345,355)的开口端封闭并与所述冷却套(341,351)固连，
还包括保温部件，设置在所述冷却套(341,351)和所述保温套(345,355)之间。
2.根据权利要求1所述的多层箔材焊接机，其特征在于，所述加热部件包括：
加热管支撑体(347,357)，设置在所述保温套(345,355)内，
复数个加热管(348,358)，由所述加热管支撑体(347,357)所支撑。
3.根据权利要求1或2所述的多层箔材焊接机，其特征在于，还包括：
开卷辊(1)和收卷辊(4)，分别沿着多层箔材的输送方向置于所述保护气氛箱(33)的两侧，多层箔材卷置于所述开卷辊(1)上，多层箔材卷展开的一端穿过所述保护气氛箱(33)后绕在所述收卷辊(4)上；
所述保护气氛箱(33)对应所述开卷辊(1)和所述收卷辊(4)的两侧设置有通孔，多层箔材通过该通孔穿过所述保护气氛箱(33)。
4.一种利用权利要求1至3任一所述的多层箔材焊接机的箔材焊接方法，其特征在于，其包括：
步骤1，将制成卷的多层箔材置于多层箔材焊接机(3)一侧的开卷辊(1)上，展开的一端多层箔材置于下加热组件(35)上后，连接于所述多层箔材焊接机(3)另一侧的收卷辊(4)上；
步骤2，向保护气氛箱(33)内通入惰性气体直到大于大气压力的设定压力；
步骤3，上冲头(31)下移，上、下模具(349,359)合模；
步骤4，上、下加热管(348,358)接通电源加热，使上、下模具(349,359)达到设定温度；
步骤5，所述上冲头(31)向所述上、下模具(349,359)施加多层箔材焊合压力；
步骤6，对多层箔材保温保压一定时间使之焊接成为复合箔材，断开所述加热管(348,358)电源，撤掉所述上冲头(31)施加的多层箔材焊合压力；
步骤7，所述上冲头(31)带着所述上模具(349)上移，所述保护气氛箱(33)内的喷嘴向复合箔材吹惰性气体，使复合箔材快速冷却；
步骤8，所述收卷辊(4)转动使复合箔材前移小于多层箔材加热长度的距离；
步骤9，重复步骤3至步骤8，直到多层箔材卷上的多层箔材加热加压完毕。
5.根据权利要求4所述的箔材焊接方法，其特征在于，步骤2中向所述保护气氛箱(33)内充入的惰性气体为氦气，压力为1.5×105Pa。
6.根据权利要求5所述的箔材焊接方法，其特征在于，步骤5中施加的焊合压力为40～80MPa。
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