CN113664359A - 一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置及焊接方法，属于高速冲击焊接相关技术领域，包括铝箔制动器、液压机构、第一传送机构和第二传送机构；铝箔制动器包括弹性绝缘块和铝箔，铝箔粘贴于弹性绝缘块上；弹性绝缘块的两端设有通槽，铝箔两端位于通槽的槽口处；铝箔制动器和待焊接工件分别通过第一传送机构和第二传送机构传送至压头下方；压头下行施予弹性绝缘块预压力以使铝箔紧贴于待焊接工件上表面，同时带动电极进入通槽内并与铝箔两端接触；电流传导至铝箔的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。本发明通过对铝箔制动器的结构设计，结合液压机构及传送机构可实现工业化流水线的焊接生产，大幅提高了生产效率。

Description

一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置及焊接方法
技术领域
本发明属于高速冲击焊接相关技术领域，更具体地，涉及一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置及焊接方法。
背景技术
一些新型功能材料如形状记忆合金、热电材料，这类材料由于自身的特性，通常只被加工成简易的结构，如果能通过焊接技术制备成复杂的零件，能够大大拓展其应用。但传统的融化焊会产生大范围的热影响区和金属间化合物，导致材料的连接强度和特殊性能的减弱。
高速冲击焊接作为固态焊接工艺，可以大幅度减少热影响区和金属间化合物的形成，能够保证焊接区域的材料特殊性能和强度要求。而汽爆焊接是一种新型且具有发展潜力的高速冲击技术，其过程是薄的铝箔在高强度电流通过后迅速蒸发提供飞板驱动力，飞板撞击到目标板上实现焊接。汽爆焊接相对于搅拌摩擦焊、扩散焊等固态焊，其焊接过程极快，跟其他的高速冲击焊接如爆炸焊、电磁脉冲焊具有安全可靠、能量利用率高的优势。因此，汽爆焊接有望实现工业化生产。
中国发明申请介绍了一种汽爆焊的自动化点焊方法，该方法具有可焊接角度广，实现了自动化操作。但一次焊接后需要重新夹持新的铝箔，电容器放电结束后也要重新充电，生产效率较低，不适于流水线式的大批量生产。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置及焊接方法，其目的在于通过对铝箔制动器的结构设计，同时结合液压机构和传送装置，使得焊接装置实现快速生产，由此解决现有技术焊接效率低、不适于流水线式大批量焊接的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，该装置包括铝箔制动器、液压机构、第一传送机构和第二传送机构；
所述第一传送机构设置于所述第二传送机构上方；
所述液压机构包括压头和电极，所述压头设置于所述第一传送机构的上方，所述电极布置于所述压头；
所述铝箔制动器放置于所述第一传送机构，包括弹性绝缘块和铝箔，所述铝箔粘贴于所述弹性绝缘块上，且所述铝箔面向所述第二传送机构放置；所述弹性绝缘块的两端设有与所述电极相适配的通槽，所述铝箔的两端位于所述通槽的槽口处；
工作时，所述铝箔制动器和待焊接工件分别通过所述第一传送机构和所述第二传送机构传送至所述压头下方；所述压头下行并施予所述弹性绝缘块预压力以使所述铝箔紧贴于待焊接工件上表面；同时带动所述电极进入所述通槽内并与所述铝箔的两端接触；电流通过所述电极传导至所述铝箔的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。
优选地，所述弹性绝缘块为凸台结构，所述铝箔为两端宽中间窄的结构；所述铝箔两端宽的部分位于通槽的槽口处，所述通槽的槽口处为过渡圆角结构。
优选地，所述待焊接工件包括绝缘层、待焊接飞板、间隔板和待焊接目标板；所述绝缘层覆于所述待焊接飞板上表面以避免所述铝箔与所述待焊接飞板接触；所述间隔板设置于所述待焊接飞板与所述待焊接目标板之间。
优选地，所述电极设有两个，两个所述电极可伸缩设置于所述压头内。
优选地，所述电极的截面积小于所述通槽的截面积。
优选地，还包括电容器组，所述电容器组通过电缆连接于所述电极。
优选地，所述电容器组包括多组充放电单元，用于交替充放电以使所述生产装置不间断工作。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于铝箔电致汽爆的焊接方法，该方法包括以下步骤：
第一传送机构和第二传送机构分别将铝箔制动器和待焊接工件传送至压头下方；
所述压头带动电极下行，所述电极进入弹性绝缘块的通槽后所述压头向所述铝箔制动器施加预压力以使所述铝箔制动器紧贴所述待焊接工件；
所述电极穿过所述通槽并与铝箔的两端接触，向所述电极通电，电流通过所述电极传导至所述铝箔的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。
优选地，还包括以下步骤：
焊接结束后，所述压头和电极上行并脱离所述铝箔制动器；
所述第一传送机构和所述第二传送机构分别将通电后的铝箔制动器和完成焊接的工件移走，并将下一组未通电的铝箔制动器和待焊接工件传送至所述压头下方。
优选地，通过电容器组向所述电极通电，所述电容器组包括多组充放电单元，每组充放电单元在完成一次焊接后进行充电，并由下一组充放电单元进行放电。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提出的基于铝箔电致汽爆的焊接装置，通过对其关键组件铝箔制动器的结构设计，结合液压机构及传送机构可实现工业化流水线的焊接生产，大幅提高了生产效率。
2、本发明提出的基于铝箔电致汽爆的焊接装置采用多组充放电单元，交替充放电，避免了一次充电时间过长的问题，提高了放电效率。
3、本发明提出的基于铝箔电致汽爆的焊接装置中铝箔制动器结构简单、价格便宜，可批量生产。
附图说明
图1是本发明基于铝箔电致汽爆的焊接装置的结构示意图；
图2是本发明基于铝箔电致汽爆的焊接装置中铝箔制动器的结构示意图；
图3是本发明基于铝箔电致汽爆的焊接方法实施例中焊接前的示意图；
图4是本发明基于铝箔电致汽爆的焊接方法实施例中铜电极下行的示意图；
图5是本发明基于铝箔电致汽爆的焊接方法实施例中电致汽爆焊接后的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-压头；2-第一传送机构；3-铝箔制动器；3a-弹性绝缘块；3b-铝箔；4-第一传送机构支架；5-液压机构支架；6-工作台；7-第二传送机构；8-待焊接工件；8a-绝缘层；8b-待焊接飞板；8c-间隔板；8d-待焊接目标板；9-电容器组；10-电缆；11-液压机构框架；12-电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1-5所示，本发明提出一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，该装置包括液压机构、第一传送机构2、第一传送机构支架4、工作台6、第二传送机构7、电容器组9和电缆10。所述第一传送机构2设置于所述第一传送机构支架4上，所述第二传送机构7设置于所述工作台6上。为了避免传送机构互相影响，本发明中所述第一传送机构2和所述第二传送机构7垂直布置。铝箔制动器3放置于所述第一传送机构2上，待焊接工件8放置于所述第二传送机构7上。
具体的，所述液压机构包括压头1、液压机构支架5、液压机构框架11和电极12。所述液压机构框架11安装于所述液压机构支架5上，所述压头1安装于所述液压机构框架11上并位于所述第一传送机构2与所述第二传送机构7交汇处的正上方。所述电极12设有两个，两个所述电极12可伸缩设置于所述压头1上。
所述电极12通过所述电缆10连接于所述电容器组9，所述电容器组9包括多组充放电单元，每组充放电单元在完成一次焊接后进行充电，并由下一组充放电单元进行放电。
具体的，如图2所示，所述铝箔制动器3包括弹性绝缘块3a和铝箔3b，所述铝箔3b是粘在弹性绝缘块3a上。弹性绝缘块3a为凸台结构，铝箔3b是两头宽中间窄的结构，弹性绝缘块3a在对应铝箔3b上宽的部分处有两个通槽，槽口处为过渡圆角。
作为本发明的优选实施例，所述弹性绝缘块3a为聚氨酯块。
如图3所示，本发明中，待焊接工件8由绝缘层8a、待焊接飞板8b、间隔板8c及待焊接目标板8d组成。所述绝缘层8a覆于所述待焊接飞板8b上表面以避免所述铝箔3b与所述待焊接飞板8b接触；所述间隔板8c设置于所述待焊接飞板8b与所述待焊接目标板8d之间。
作为本发明的优选实施例，所述绝缘层8a为聚氨酯带，所述间隔板8c为环氧树脂板。
多个铝箔制动器3和多个待焊接工件8按照配合关系分别放在所述第一传送机构2和所述第二传送机构7上的固定位置，当生产线工作时，所述第一传送机构2和第二传送机构7分别将铝箔制动器3和待焊接工件8移动到压头1下。所述铝箔制动器3和待焊接工件8之间有一定间隙。压头1和两个电极12开始下行，所述电极12先进入弹性绝缘块3a上的通槽。所述压头1以一定的预压力将铝箔制动器3压至待焊接工件8上，使所述铝箔3b与所述绝缘层8a紧贴，随后两个电极12开始伸出并与所述铝箔3b接触。所述电容器组9、所述电缆10、所述两个电极12和所述铝箔3b形成一个闭合回路，所述电容器组9的一组充放电单元放电，所述铝箔3b上窄的部分通过高强电流时会发生电致汽爆。电致汽爆产生的局部高压驱动待焊接飞板8b高速移动，随后高速撞击到待焊接目标板8d上，形成冲击焊接接头。焊接结束后，放过电的充放电单元重新充电，所述压头1和两个电极12开始上行并脱离铝箔制动器3，所述第一传送机构2和第二传送机构7分别将通电后的铝箔制动器3和焊接后的工件移走，并将下一个未通电的铝箔制动器3和待焊接工件8移动到压头1下，并由下一个已充好电的充放电单元进行放电。
请参阅图3-5，本发明的另一个实施例提出一种基于铝箔电致汽爆的焊接方法，该方法包括以下步骤：
第一传送机构和第二传送机构分别将铝箔制动器和待焊接工件传送至压头下方；
所述压头带动电极下行，所述电极进入弹性绝缘块的通槽后所述压头向所述铝箔制动器施加预压力以使所述铝箔制动器紧贴所述待焊接工件；
所述电极穿过所述通槽并与铝箔的两端接触，向所述电极通电，电流通过所述电极传导至所述铝箔的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。
更进一步的说明，在焊接结束后，所述压头和电极上行并脱离所述铝箔制动器；
所述第一传送机构和所述第二传送机构分别将通电后的铝箔制动器和完成焊接的工件移走，并将下一组未通电的铝箔制动器和待焊接工件传送至所述压头下方。
更进一步的说明，通过电容器组向所述电极通电，所述电容器组包括多组充放电单元，每组充放电单元在完成一次焊接后进行充电，并由下一组充放电单元进行放电。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案：
以2mm厚NiTi合金板和1mm厚不锈钢板的连接为例。
如图1所示，一种基于铝箔电致汽爆的焊接方法，该方法包括下列步骤：
将一层聚氨酯带放置在不锈钢板上，用环氧树脂板将不锈钢板和NiTi合金板隔开；铝箔制动器3是将狗骨状的0.08mm厚的铝箔3b用胶水粘在聚氨酯块上；电容器组9有6组充放电单元，每个充放电单元的充电时间为24s，能够提供约5s的充放电周期；将铝箔制动器3和待焊接NiTi/不锈钢板按照分别放在第一传送机构2和第二传送机构7上的固定位置；
当生产线工作时，第一传送机构2和第二传送机构7分别将铝箔制动器3和NiTi/不锈钢板移动到压头1下。铝箔制动器3和NiTi/不锈钢板之间有一定间隙。压头1和两个铜电极12开始下行，铜电极12先进入聚氨酯块上的通槽。聚氨酯块具有弹性，压头1以100N的预压力将铝箔制动器3压至NiTi/不锈钢板上，使铝箔3b与聚氨酯带紧贴，随后两个铜电极12开始伸出并与铝箔3b接触。电容器组9、电缆10、两个铜电极12和铝箔3b形成一个闭合回路，电容器组9的第一组充放电单元放电，铝箔3b上窄的部分通过高强电流时会发生电致汽爆。电致汽爆产生的局部高压驱动不锈钢板高速移动，随后高速撞击到NiTi合金板上，形成冲击焊接接头。
焊接结束后，第一组放电单元重新充电，压头1和两个铜电极12开始上行并脱离铝箔制动器3，所述第一传送机构2和第二传送机构7分别将通电后的铝箔制动器3和焊接后的NiTi/不锈钢板移走，并将下一个未通电的铝箔制动器3和待焊接NiTi/不锈钢板移动到压头1下，并由第二组充放电单元进行放电。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，该装置包括铝箔制动器(3)、液压机构、第一传送机构(2)和第二传送机构(7)；
所述第一传送机构(2)设置于所述第二传送机构(7)上方；
所述液压机构包括压头(1)和电极(12)，所述压头(1)设置于所述第一传送机构(2)的上方，所述电极(12)布置于所述压头(1)；
所述铝箔制动器(3)放置于所述第一传送机构(2)，包括弹性绝缘块(3a)和铝箔(3b)，所述铝箔(3b)粘贴于所述弹性绝缘块(3a)上，且所述铝箔(3b)面向所述第二传送机构(7)放置；所述弹性绝缘块(3a)的两端设有与所述电极(12)相适配的通槽，所述铝箔(3b)的两端位于所述通槽的槽口处；
工作时，所述铝箔制动器(3)和待焊接工件(8)分别通过所述第一传送机构(2)和所述第二传送机构(7)传送至所述压头(1)下方；所述压头(1)下行并施予所述弹性绝缘块(3a)预压力以使所述铝箔(3b)紧贴于待焊接工件(8)上表面；同时带动所述电极(12)进入所述通槽内并与所述铝箔(3b)的两端接触；电流通过所述电极(12)传导至所述铝箔(3b)的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，所述弹性绝缘块(3a)为凸台结构，所述铝箔(3b)为两端宽中间窄的结构；所述铝箔(3b)两端宽的部分位于通槽的槽口处，所述通槽的槽口处为过渡圆角结构。
3.根据权利要求2所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，所述待焊接工件(8)包括绝缘层(8a)、待焊接飞板(8b)、间隔板(8c)和待焊接目标板(8d)；所述绝缘层(8a)覆于所述待焊接飞板(8b)上表面以避免所述铝箔(3b)与所述待焊接飞板(8b)接触；所述间隔板(8c)设置于所述待焊接飞板(8b)与所述待焊接目标板(8d)之间。
4.根据权利要求2所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，所述电极(12)设有两个，两个所述电极(12)可伸缩设置于所述压头(1)内。
5.根据权利要求4所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，所述电极(12)的截面积小于所述通槽的截面积。
6.根据权利要求1所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，还包括电容器组(9)，所述电容器组(9)通过电缆(10)连接于所述电极(12)。
7.根据权利要求6所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接装置，其特征在于，所述电容器组(9)包括多组充放电单元，用于交替充放电以使所述生产装置不间断工作。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的基于铝箔电致汽爆的焊接装置的焊接方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一传送机构和第二传送机构分别将铝箔制动器和待焊接工件传送至压头下方；
所述压头带动电极下行，所述电极进入弹性绝缘块的通槽后所述压头向所述铝箔制动器施加预压力以使所述铝箔制动器紧贴所述待焊接工件；
所述电极穿过所述通槽并与铝箔的两端接触，向所述电极通电，电流通过所述电极传导至所述铝箔的汽爆区发生电致汽爆从而产生高压以使两个待焊接对象焊接在一起。
9.根据权利要求8所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接方法，其特征在于，还包括以下步骤：
焊接结束后，所述压头和电极上行并脱离所述铝箔制动器；
所述第一传送机构和所述第二传送机构分别将通电后的铝箔制动器和完成焊接的工件移走，并将下一组未通电的铝箔制动器和待焊接工件传送至所述压头下方。
10.根据权利要求9所述的一种基于铝箔电致汽爆的焊接方法，其特征在于，通过电容器组向所述电极通电，所述电容器组包括多组充放电单元，每组充放电单元在完成一次焊接后进行充电，并由下一组充放电单元进行放电。
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CN114799464A (zh) * 2022-03-30 2022-07-29 重庆普尔萨科技有限公司 一种电磁脉冲焊接工作台
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