CN113764953A - 连接第一连接器和第二连接器的焊接方法、用途及连接 - Google Patents

连接第一连接器和第二连接器的焊接方法、用途及连接 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于将第一连接器连接到第二连接器的焊接方法。该方法包括以下步骤：提供具有第一端部的第一连接器和提供具有第二端部的第二连接器，第二端部用于焊接到第一端部。该方法还包括以下步骤：重叠第一端部和第二端部。该方法还包括以下步骤：无接触加热第一端部的中心部分，从而熔化第一端部的端部部分，第一端部的端部部分面向第二连接器。最后，该方法包括以下步骤：冷却第一端部和第二端部，使得焊缝连接第一连接器和第二连接器，其中第一连接器和第二连接器从焊缝沿相反方向延伸。

Description

连接第一连接器和第二连接器的焊接方法、用途及连接
技术领域
本发明涉及用于将第一连接器连接到第二连接器的焊接方法、该焊接方法的用途以及焊接连接。
本申请尤其涉及将温度传感器例如负温度系数(NTC)热敏电阻连接到绞合线。这种应用要求接头必须能够承受高温。特别是，应用中的操作温度可以超过180℃。工业无铅焊接过程不能满足这些要求，而焊接连接则可以。
背景技术
焊接是一种制造或雕刻过程，通过使用高热将零件熔化在一起并允许它们冷却产生融合从而将材料(通常是金属或热塑性塑料)连接起来。焊接不同于低温金属连接技术，比如铜焊和软焊，后者不熔化基底金属。
为了使用焊接方法，必须给出待连接材料的可焊性。可焊性是指通过焊接生产达到焊接部件所需的质量。部件的可焊性取决于该过程。焊接过程可以是无接触的，即能量源不与焊接搭档接触，例如通过电弧焊接过程或能量束焊接过程。可替代地，能量源可以与焊接搭档接触，例如通过电阻焊接。
此外，可焊性是由待焊接的特定材料制成的部件在给定的制造和设计条件下使其能够在其使用寿命内完成预期任务的能力。特别地，部件的可焊性取决于待焊接材料的可连接性。更详细地，可连接性指的是材料性能，是材料对应用某些焊接过程的适用性。这里考虑了待焊接材料的技术性能、化学行为和机械质量值。
此外，本申请涉及第一连接器(例如绞合线)与第二连接器(例如热敏电阻常用的杜美丝(dumet))的焊接连接。更详细地，连接器(也称为电连接器)是一种用于连接电导体并形成电路的机电设备。
如图11所示，已知将绞合线1100和热敏电阻1200的连接部分径向对齐。更详细地，焊缝1300形成焊接连接的中心。绞合线1100和热敏电阻1200的连接部分从焊缝1300沿着半径指向。通常，焊缝1300具有近似椭圆形。根据已知的构造，椭圆形的外表面的第一半部是光滑的，外表面的与第一半部相对的第二半部包括绞合线1100和热敏电阻1200的连接部分。
有利地，绞合线1100和通过焊缝1300连接的热敏电阻1200的连接部分轴向布置。轴向定向是线沿着连接器的纵向轴线的布置，由虚线1400表示，即沿着连接器主体的旋转轴线的定向。鉴于现有技术，这种连接是通过弯曲例如热敏电阻1200的连接部分来实现的。
然而，这种弯曲过程具有缺点，比如增加空间需求、弯曲线和/或焊缝中的材料应力以及额外的过程步骤。
特别是当使用无接触焊接技术比如钨极惰性气体保护焊(TIG)或激光焊接时，焊接技术不能在焊接之前将焊接搭档(即要连接的线)沿轴向定向布置并从而避免弯曲步骤。更详细地，焊接两根线，其中这两根线的端部在焊接之前面向相反的方向，导致这两根线之间的焊缝在焊缝的中间具有间隙。此外，焊接搭档(即连接器)之间的小距离受到所施加热量的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于焊接连接的解决方案，其在使用安装空间方面得以优化。另一目的是提供特别鲁棒的连接，特别是可以在高于180℃的操作温度下使用。另一目的是提供可以低成本制造的连接。此外，本解决方案的目的是提供连接的视觉外观，其使得能够容易地进行视觉检查。另一目的是为具有不同材料成分和几何尺寸的连接搭档提供连接。
该目的通过独立权利要求来解决。从属权利要求解决了有利实施例。
根据实施例，一种用于将第一连接器连接到第二连接器的焊接方法包括以下步骤：提供具有第一端部的第一连接器和提供具有第二端部的第二连接器，第二连接器的第二端部用于焊接到第一连接器的第一端部。更详细地，第一端部和第二端部是用于将一个连接器连接到另一个连接器的连接器的一个端部。
此外，根据本发明，该方法包括重叠第一端部和第二端部的步骤。换句话说，端部的侧表面通过搭接接头连接，即侧表面邻接，并且两个连接器的端部的基表面面向相反的方向。因此，连接器可以在焊接之前对齐。
此外，根据本发明，该方法包括无接触加热第一端部的中心部分的步骤。通过加热中心部分，第一端部的端部部分被熔化。
更详细地，加热是无接触地进行的，即热量由不与第一连接器或第二连接器接触的电源产生。这种无接触焊接能够实现容易自动化的快速过程，从而使该过程具有高生产率。
更详细地，加热端部部分的中心部分允许相对于第一连接器的相反方向的不对称散热。更详细地，在第一连接器的一侧，热量将被散发到第一连接器。然而，在第一连接器的相反侧，热量被限制在端部部分。因此，端部部分被加热，直到端部部分熔化。换句话说，在加热过程中，端部部分从固体转变成椭圆形的液体。
熔化的物质另外限制第二连接器的第二端部。因此，通过在加热之前在轴向定向的方向上重叠第一端部和第二端部，实现特别节省空间的布置。
此外，根据本发明，该方法包括冷却第一端部和第二端部以使得熔化物质硬化的步骤。通过从液体到固体的相变而硬化的焊缝然后连接第一连接器和第二连接器。根据本发明，第一连接器和第二连接器从焊缝沿相反方向延伸。这种连接使得焊接搭档能够轴向定向，而不会在冷却焊缝之后使一个搭档弯曲。
因此，使用上述过程的焊接连接使得一个连接器在焊接之后为了实现轴向定向的弯曲步骤变得不必要。此外，这种焊接连接特别牢固，在使用这种连接的应用中，操作温度可超过180℃。
有利地，第一端部的长度为第一连接器的至少一个直径，优选为该直径的两倍长度。这种构造允许提供足够的熔化材料，而不需要额外的填充材料。
根据更有利的实施例，第一端部的长度为第一连接器的至少三倍直径，该第一连接器优选为绞合线。这种构造使得焊缝的直径大于第一连接器的直径。根据更有利的实施例，第一端部的长度为第一连接器的至少三倍直径且小于四倍直径，第一连接器优选为绞合线。这种构造使得能够实现嵌入第一连接器和第二连接器的焊缝。
有利地，第一端部的端部部分的长度小于第一连接器的一个直径。这种构造允许有效地利用热能来熔化端部部分。
有利地，第一端部的中心部分布置在第一连接器的轴向延伸方向的中间。这种构造允许提供足够的熔化材料，同时有效地利用热能来熔化端部部分。
有利地，该方法还包括在加热过程中用隔热罩至少部分地覆盖第一端部的端部部分的步骤。优选由陶瓷材料制成的隔热罩布置在提供无接触加热的能量源和端部部分的至少一部分之间。这种构造可以更好地将热量限制在端部部分，从而改善熔化过程。
此外，隔热罩影响粘附力。更详细地，粘附效应影响熔化材料的形状。更详细地，在表面科学中，术语粘附是指分散粘附。在典型的固-液-气系统(比如液滴，即固体上的熔化材料，即第一连接器和第二连接器被空气或焊接气体包围)中，接触角用于间接评估粘附性。通常，接触角低的情况被认为是单位面积的粘附较高。该方法假设较低的接触角对应于较高的表面能。
换句话说，通过嵌入第二连接器，将第一连接器的熔体倾倒在第二连接器周围，接头变得对剥离力不敏感。从接触角可以看出接头的质量。接触角也称为润湿角。
此外，隔热罩通过保护第二连接器不开凹口而影响抗拉强度。
三相系统的接触角不仅是分散粘附(液体中分子和固体中分子之间的相互作用)的函数，也是隔热罩存在的函数。换句话说，熔化材料和隔热罩的不相似材料和表面增加焊缝到连接器的润湿。润湿是液体(即熔化材料)与固体表面(即第一和第二连接器)保持接触的能力，这是两者结合时分子间相互作用的结果。因此，通过冷却熔化材料，实现了特别牢固的连接。
更有利的是，第二连接器的第二端部和隔热罩布置在第一端部的侧表面的相反侧。第一连接器的侧表面是对象所有侧面的面积，不包括其基部和顶部的面积。这种构造最佳地利用了粘附效应。
有利地，热量通过过程比如电弧焊接过程(例如气体钨极电弧焊接过程)或能量束焊接过程(例如激光束或电极束)无接触地传递。TIG适用于焊接薄材料，该方法的特点是电弧稳定且焊缝质量高，但它需要相当高的操作技能且只能在相对较低的速度下完成。特别地，惰性气体(例如氩气)的跟随速率允许被调整成使得可以改善焊缝的表面外观。能量束过程极其快且易于自动化，从而生产率很高。主要缺点是设备成本非常高且易于发生热裂解。
有利地，第一连接器的热导率高于第二线。在这种构造中，端部部分被加热得甚至更快，因为热量通过第二导体传导得更差。另外或可替代地，第一连接器具有比第二线更低的熔化温度。在这种构造中，第一连接器的材料首先熔化，从而影响内聚力(熔体本身的液体分子之间的相互作用)，并导致熔化物形成第一连接器的材料滴，从而赋予第二连接器。
本发明的另一方面涉及根据上述的焊接方法的用途。
有利地，焊接方法用于将热敏电阻或热电偶的连接端子连接到连接器的连接端子。这种温度敏感工件必须在高操作温度下操作，不包括诸如软焊之类的连接。
有利地，焊接方法用于将绞合线、引线框架或粗线作为第一连接器进行连接。这种连接器通常用于电接触工件，比如传感器。
有利地，焊接方法用于将杜美丝线作为第二连接器进行连接。杜美丝是“双重”和“金属”的混合体，因为它是异质合金，通常以带有合金芯和铜包层的线的形式制造。这些合金具有以下性能：导电、在玻璃工作温度下最小氧化和形成多孔表面以及与玻璃非常匹配的热膨胀系数。这些要求允许合金用于玻璃密封，使得密封不会随着温度的变化而破裂、断裂或泄漏。
本申请的另一方面是将第一连接器连接到第二连接器的焊接连接，其中焊缝连接第一连接器和第二连接器，其中第一连接器和第二连接器从焊缝沿相反方向延伸。
发明人惊奇地发现，通过使用上述方法，具有这种轴向布置的连接器的焊接连接是可能的。特别地，这种连接可以使用无接触加热来实现。
有利地，焊接连接的第一连接器具有比第二线更大的直径。根据本申请，直径是圆的直径或多边形的对角线，特别是矩形的直径。
更有利地，第一连接器的直径大于等于0.25mm且小于等于2.0mm，甚至更有利的是大于等于0.6mm且小于等于0.85mm。另外或可替代地，第二连接器的直径大于等于0.1mm且小于等于0.5mm，甚至更有利的是大于等于0.2mm且小于等于0.3mm。这种配置能够将热敏电阻或热电偶的连接端子连接到连接器的连接端子。此外，这种尺寸允许焊接连接的强度大于第二连接器的强度值，即第二连接器将首先破裂。发明人发现，如果第二线是杜美丝线，这尤其成立。
有利地，焊缝的面是椭球面，并且其中焊缝的对称轴线由第一连接器和第二连接器的公共纵向轴线形成。通过椭圆形，可以量化粘附性，从而可以确定连接的强度。更有利地，该面是长椭球体，公共纵向轴线是焊缝的对称轴线。这种形状表明了特别强的连接。更有利地，焊缝的赤道半径的直径是第一连接器直径的1.6倍。这种形状确保具有较薄半径的第二连接器比如杜美丝线可以完全被焊缝限制。
现在将使用有利的实施例并参考附图以示例性方式更详细地描述本发明。所描述的实施例仅仅是可能的构造，然而，其中如上所述的各个特征可以彼此独立地提供或者可以省略。
附图说明
在图中，
图1是根据实施例的通过焊接连接而连接到绞合线的热敏电阻的示意三维图；
图2是示出图1所示的焊接连接的细节图；
图3是图2的示意平面图；
图4是示出根据实施例的焊接方法的第一步骤的示意图；
图5是示出焊接方法的第二步骤的示意图；
图6是示出焊接方法的第三步骤的示意图；
图7是示出焊接方法的第四步骤的示意图；
图8是示出焊接方法的第五步骤的示意图；
图9是示出杜美丝的横截面示意图；
图10是示出绞合线的横截面示意图；以及
图11是示出现有技术状态的焊接连接图。
具体实施方式
现在将参照附图更详细地解释本发明。参照图1，示出了根据实施例的通过焊接连接100连接到绞合线300的热敏电阻200的示意三维图。更详细地，热敏电阻200包括连接到绞合线300的连接部分202。
绞合线300和连接部分202线性布置。更详细地，绞合线300和连接部分202具有公共纵向轴线。焊缝100围绕连接部分202的端部和绞合线300的端部。
焊接连接100在图2中更详细地示出，图2示出了根据实施例的焊接连接100的图。图3是图2所示的图的示意，用于更详细地解释焊接连接100的主要特征。
焊接连接100将第一连接器300连接到第二连接器200。焊缝102连接第一连接器300和第二连接器200。焊缝102通过熔化第一连接器300的端部部分而形成。焊缝102围绕第二连接器200的第二端部220(由虚线表示)。第一连接器300和第二连接器200从焊缝沿相反方向延伸。
第一连接器300具有第一直径310，第二线具有第二直径210。如图3所示，第一直径310大于第二直径210。根据图2所示的示例，第一连接器300的直径310大于等于0.65mm且小于等于0.85mm。根据图2所示的示例，第二连接器200的直径210大于等于0.15mm且小于等于0.25mm。
此外，焊缝102形成的面104具有凸形形状，近似形成椭球体。更详细地，焊缝的对称轴线由第一连接器300和第二连接器200的公共纵向轴线(由虚线400表示)形成。
如图2中进一步示出，该面仅近似为椭球体。椭圆形表示熔化材料已经形成液滴，这表示焊缝在液相中的强内聚力，因此导致焊缝102和第二端部220的强连接。值得注意的是，焊缝102的形状由于第二端部220引起的突起而偏离理论椭圆形。然而，这些突起不会影响焊缝的整体凸形面104。特别地，凸形形状是内聚力的指示。
此外，焊缝102具有也被称为第一弯月面110的第一趾110和也被称为第二弯月面120的第二趾120，其中两个趾110、120的形状都偏离面104的椭圆形。更详细地，趾110、120是凹形区域，也称为弯月面。当液体颗粒被更强地吸引到固体，即到第二连接器和绞合线(粘附)而不是到彼此(内聚)时，出现凹形弯月面，导致熔化材料爬上连接器的壁。
弯月面的形成在表面科学中用于测量接触角和表面张力。在接触角测量中，弯月面的形状例如用数码相机光学测量。弯月面是毛细作用的表现，通过毛细作用，表面粘附将液体向上拉，形成凹形弯月面。
如图2和3所示，趾110、120的接触角小于90°，表明熔化材料的液体分子被强烈地吸引到连接器200、300的固体分子，因此，熔化材料在固体表面上散开。值得注意的是，趾110、120的接触角对污染极其敏感；优于几度可再现的值通常只能在实验室条件下用纯液体和非常干净的固体表面获得。
换句话说，如图2所示，焊缝具有凸形形状的面104和凹形形状的第一和第二趾110、120。
如图3进一步所示，面104近似为长椭球体，公共纵向轴线1400是焊缝102的对称轴线。更详细地，焊缝的赤道半径140的直径是第一连接器300的第一直径310的1.5倍。
此外，参照图4至8，描述了用于将第一连接器300连接到第二连接器200的焊接方法。
特别地，图4示出了根据实施例的焊接方法的第一步骤的示意图。首先，提供第二连接器200。第二连接器200具有第二直径210。第二连接器200限定由点划线240表示的第二纵向轴线，并且相对于电极400对齐。
更详细地，电极400沿着由点划线410指示的主轴线对齐。能量从电极400沿着主轴线410耗散。电极400与第二连接器200间隔开。特别地，第二连接器200和电极之间的距离由第一距离310和0.5mm的预定距离420构成，第一距离310等于图4中未示出的第一连接器的第一直径310。
特别地，电极的主轴线410垂直于第二纵向轴线240。
焊接方法的第二步骤在图5中描述，其中提供了第一连接器300。第一连接器300限定由点划线340表示的第一纵向轴线，并且相对于电极400对齐。特别地，第一连接器300平行于第二连接器200对齐。值得注意的是，该方法的第一和第二步骤可以互换。
此外，第一连接器300具有第一端部，第二连接器200具有第二端部，第二端部用于焊接到第一端部。特别地，第一端部具有至少为第一连接器的一个直径310的长度，优选地，如图5所示，第一端部的长度320是直径310的两倍。此外，第一连接器300的第一端部与第二连接器200的第二端部重叠。
此外，第一端部的中心部分相对于电极400的主轴线410对齐。因此，第一端部的端部部分的长度322具有的长度小于第一端部的长度320。特别地，第二端部的长度322小于第一连接器的一个直径310。另外，第二连接器200的第二端部部分与第一连接器的第一端部重叠。特别地，第二端部部分的长度222小于或等于第一连接器的一个直径310。
此外，如图5所示，第一端部的中心部分布置在第一连接器的轴向延伸方向的中间。换句话说，第一端部和第二端部的重叠区域相对于电极400的主轴线410镜像对称。
此外，阴极430连接到第一连接器。
有利地，如图6所示，焊接方法的第三步骤，提供隔热罩500，该隔热罩在加热期间至少部分地覆盖第一端部的端部部分。
特别地，第二连接器200的第二端部和隔热罩500布置在第一连接器300的第一端部的侧表面的相对侧。换句话说，第二连接器200的第二端部、第一连接器300的第一端部和隔热罩500以与电极400减小的距离分别布置在电极400的主轴线410上。
图7描述了焊接方法的第四步骤的示意图，示出了第一端部的中心部分的无接触加热。特别地，使用电弧440加热中心部分。另外，惰性气体450保护焊接区域。
此外，图7描述了第一连接器300中的热通量。特别地，热量由第一连接器300传导。热量的第一部分600被传导到端部部分。由于端部部分较短，热量受到限制，端部部分被加热，直到端部部分熔化。热量的第二部分610被传导到第一连接器300的主要部分，该主要部分是第一连接器的与端部部分相对的部分。
更详细地，与第一连接器300的主要部分的长度相比，端部部分的长度322较短，优选可忽略不计。因此，热量的第二部分610不足以熔化第一连接器300的主要部分。换句话说，与端部部分的热容量相比，第二导体300的总热容量较大。
有利地，第一连接器300的热导率高于第二线。因此，只有很少的热量可以通过第二连接器200散发，并且端部部分比主要部分加热得更快。另外或可替代地，第一连接器具有比第二线更低的熔化温度。因此，第一连接器的端部部分首先熔化。
图8描述了焊接方法的第五步骤的示意图，示出了熔化端部部分之后的焊接连接100。该焊接连接100与上面关于图2和3描述的相同，省略其详细描述。除了图2和3之外，图8的侧视图示出了第一纵向轴线340和第二纵向轴线240不共线。然而，这不影响面104的凸形形状和第一和第二趾110、120的凹形形状。
另外，图8示出了隔热罩500和电源400。特别地，隔热罩500的紧密布置支持面104的凸形和第二趾120的凹形的形成。因此，可以实现特别强的连接。此外，隔热罩500通过有效地限制热量来改善熔化过程。
此外，图9示出了用于形成第二连接器的杜美丝线250的横截面示意图。杜美丝线250是具有镍铁合金的芯254的铜包线252。部件主体256用玻璃封装。芯具有低热膨胀系数，允许线的径向热膨胀系数略低于玻璃的线性热膨胀系数，使得玻璃-金属界面处于低压缩应力下。
此外，图10示出了绞合线350的横截面示意图。绞合线250由许多捆扎或缠绕在一起以形成较大导体的小线352构成。小线352由绝缘层354包覆，例如高温含氟聚合物。可替代地，引线框架或粗线可以替代地用作第一连接器。
即使没有参考附图进行描述，根据另一实施例，焊接连接可以用于连接热电偶的连接端子。
附图标记列表
100焊接连接
102焊缝
104面
110第一趾(第一弯月面)
120第二趾(第二弯月面)
140赤道半径
200第二连接器、热敏电阻
210第二直径
220第二端部
222第二端部部分的长度
240第二纵向轴线
250杜美丝线
252铜包层
254芯
256封装的部件主体玻璃
300第一连接器
310第一直径
320第一端部的长度
322第一端部部分长度
340第一纵向轴线
350绞合线
352小线(单股)
354绝缘层
400电极
410电极的主轴线
420预定距离
430阴极
440电弧
450惰性气体
500隔热罩
600热量的第一部分
610热量的第二部分
1100绞合线
1200热敏电阻的连接部分
1300焊缝
1400纵向轴线

Claims (15)

1.一种用于将第一连接器连接到第二连接器的焊接方法，其中，该方法包括以下步骤：
提供具有第一端部的第一连接器；
提供具有第二端部的第二连接器，第二端部用于焊接到第一端部；
重叠第一端部和第二端部；
无接触加热第一端部的中心部分，从而熔化第一端部的端部部分，第一端部的端部部分面向第二连接器；以及
冷却第一端部和第二端部，使得焊缝连接第一连接器和第二连接器，其中第一连接器和第二连接器从焊缝沿相反方向延伸。
2.根据权利要求1所述的焊接方法，其中，所述第一端部的长度为所述第一连接器的至少一个直径，优选为该直径的两倍。
3.根据权利要求2所述的焊接方法，其中，所述第一端部的端部部分的长度小于所述第一连接器的一个直径。
4.根据权利要求3所述的焊接方法，其中，所述第一端部的中心部分布置在所述第一连接器的轴向延伸方向的中间。
5.根据权利要求4所述的焊接方法，其中，所述方法还包括以下步骤：
在加热过程中，用隔热罩至少部分地覆盖所述第一端部的端部部分。
6.根据权利要求5所述的焊接方法，其中，所述第二连接器的第二端部和所述隔热罩布置在所述第一端部的侧表面的相反侧上。
7.根据权利要求6所述的焊接方法，其中，使用以下来加热所述中心部分：电弧焊接过程，优选为气体钨极电弧焊接过程，或能量束焊接过程，优选为激光束。
8.根据权利要求7所述的焊接方法，其中，所述第一连接器的热导率高于第二线，和/或其中，所述第一连接器的熔化温度低于第二线。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的焊接方法的用途。
10.根据权利要求9所述的焊接方法的用途，其中，热敏电阻或热电偶的连接端子连接到连接器的连接端子。
11.根据权利要求10所述的焊接方法的用途，其中，所述第一连接器是绞合线、引线框架或粗线。
12.根据权利要求11所述的焊接方法的用途，其中，所述第二连接器是杜美丝线。
13.一种将第一连接器(300)连接到第二连接器(200)的焊接连接(100)，其中，
焊缝(102)连接第一连接器(300)和第二连接器(200)，其中第一连接器和第二连接器从焊缝沿相反方向延伸。
14.根据权利要求13所述的焊接连接(100)，其中，所述第一连接器(300)的直径大于所述第二连接器(200)，优选地其中，所述第一连接器的第一直径(310)大于等于0.25mm且小于等于2.0mm，和/或所述第二连接器(210)的直径大于等于0.1mm且小于等于0.5mm。
15.根据权利要求14所述的焊接连接，
其中，所述焊缝(102)的面(104)遵循凸形形状，并且焊缝的趾(110、120)遵循凹形形状，并且其中，所述焊缝的对称轴线由所述第一连接器和第二连接器的公共纵向轴线(400)形成，优选地其中，所述面是长椭球体且所述公共纵向轴线是焊缝的对称轴线，优选地其中，所述焊缝的赤道半径(140)具有1.6倍第一直径(310)的直径。
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