CN114535741A - 一种散热器的热管批量焊接装置及方法 - Google Patents

一种散热器的热管批量焊接装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种散热器的热管批量焊接装置及焊接方法,包括支架、导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,支架下端设置有底座,底座开有空腔,加热机构设置在所述底座的空腔中;支架上端设置有导向机构和旋转移动机构,导向机构的下端设置有压紧机构,旋转移动机构的一端与支架上端连接。通过旋转移动机构将导向机构和压紧机构一起朝支架前端旋转后,将热管插到导向机构中。再次转动旋转移动机构使导向机构、热管和压紧机构一起回位,然后启动电机驱动旋转移动机构将导向机构、热管和压紧机构一起向下移动,并使热管贴紧在铝基板上进行焊接。本发明降低了员工的劳动强度,提高生产效率和热能利用率。

Description

一种散热器的热管批量焊接装置及方法
技术领域
本发明涉及热管散热器技术领域,具体涉及到L型热管散热器的铝基板与铜热管的连接方法及设备。
背景技术
L型热管散热器的铝基板、L型铜热管、散热片组成,铝基板、L型铜热管需要紧密连接,IGBT的发热量由铝基板热传导至L型热管,L型热管通过向上蒸发、冷凝,热量由L型铜散热器过盈配合的散热片与空气发生对流来达到散热目的,L型热管与铝基板呈一定角度,轨道交通领域一般呈80°,L型热管的位置精度要求高,否则散热片装不上。目前行业内铝基板跟热管的连接采用锡焊方式,人工组装定位,将热管与基板相对位置确认好,通过烘箱、火焰或感应加热,焊膏熔化从而实现铝基板跟热管的连接,该过程耗时长、效率低,能源利用率低。
检索到的相关专利:
1.散热器焊接辅助装置(专利号CN209190061U)通过一个辅助装置保持L型热管跟铝基板的垂直度,人工装夹工装,人工强度大,耗时、且定位精度取决余操作者,未涉及焊接方法及快速装夹及发热块快速加热方式,因此与本发明专利不具备任何关联。
2.热管散热器焊接装置(CN202271072U)通过人工装夹工装对热管进行定位,工强度大,耗时、且定位精度取决余操作者,采用火焰加热方式进行加热,虽明确了采用锡条焊接,未有助焊剂添加要求,亦没有添加焊膏要求,更未涉及铝基板、热管的表面状态要求,未涉及焊接工艺参数,因此与本发明专利不具备任何关联;
3.目前带倾斜角度L型热管散热器在焊前组装过程中,全靠人工作业,另外加热方式主要采用感应加热、火焰加热、烘箱加热等,加热过程温度不易控制,且能源利用率低。
现有技术缺点:
加热方式的加热温度不易控制,且能源效率低,钎焊前的组装人工作业,人工强度大,效率低,组装的精度取决于操作者;且钎焊为锡铅焊膏,焊接成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:设计一种新的带倾斜角度L型热管散热器的批量钎焊设备,提高钎焊前组装的效率、提高钎焊加热过程中能源的利用率。
针以上述问题,本发明提出的技术方案是:一种散热器的热管批量焊接装置,包括支架、导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,支架下端设置有底座,底座开有空腔,加热机构设置在所述底座的空腔中;支架上端设置有导向机构和旋转移动机构,导向机构的下端设置有压紧机构,旋转移动机构的一端与支架上端连接。
优选的,支架包括底座、支撑杆、导向杆和横杆,底座的上端设置有加热台,支撑杆和导向杆的下端都安装在加热台上,且导向杆相对于垂向方向倾斜设置,支撑杆和导向杆的上端都与横杆连接;在底座的加热台的下端面连接有安装框,导向杆为两根,两根导向杆平行设置,且两根导向杆上都设置有导轨,支撑杆设置在所述两根导向杆的一侧。
优选的,加热机构包括上顶气缸、浮动接头和加热块,上顶气缸的上端与安装框的底部连接,且安装框和加热台上都开有贯通的通孔;浮动接头的一端与上顶气缸连接,浮动接头的另一端穿过安装框上的通孔与加热块连接;浮动接头伸长时,加热块能穿过加热台上的通孔。
优选的,导向机构包括侧连接板、下定位板、上定位板和顶连接板,侧连接板为两块,且两块侧连接板平行设置,两块侧连接板顶部设置有顶连接板;两块侧连接板还与上定位板和下定位板连接,且下定位板、上定位板和顶连接板平行设置;顶连接板的两侧还卡合在两根导向杆上的导轨上。
优选的,上定位板上开有贯通上定位板的通孔,在所述通孔中安装有油封,上定位板的顶面上还安装有侧向气缸,侧向气缸朝油封的一面安装有球头柱塞;下定位板上开有贯通下定位板的通孔,在下定位板的通孔中安装有油封。
优选的,压紧机构包括导向板、压块、弹簧、顶压板,顶压板的两侧与侧连接板固定连接,导向板上开有贯通的通孔,在所述通孔中安装有压块,弹簧的上端与顶压板连接,弹簧的下端与压块连接,压块的下端为向内凹陷的圆弧面。
优选的,旋转移动机构包括分度盘、安装框和滚珠丝杆,分度盘固定连接在安装框上,滚珠丝杆包括螺母和丝杆,所述螺母安装在支架的横杆上,所述丝杆的下端与安装框固定连接,所述分度盘上设置有连杆,连杆的一端与分度盘连接,连杆的另一端与导向机构的侧连接板连接。
一种散热器的热管批量焊接方法,在支架中设置导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,将铝基板放置在加热机构上,通过旋转移动机构将导向机构和压紧机构一起朝支架前端旋转后,将热管插到导向机构中;再次转动旋转移动机构使导向机构、热管和压紧机构一起回位,然后启动电机驱动旋转移动机构将导向机构、热管和压紧机构一起向下移动,并使热管贴紧在铝基板上进行焊接。
优选的,在导向机构中设置平行分布的下定位板与上定位板,且在下定位板与上定位板上都开设贯通的通孔,在通孔中设置油封,将热管穿过下定位板和上定位板的油封中,从而使热管能进行定向移动;在上定位板的顶面上还安装有侧向气缸,侧向气缸朝油封的一面安装球头柱塞,启动侧向气缸使侧向气缸驱动球头柱塞,从而夹紧热管使热管能跟随导向机构一起旋转和移动。
优选的,在导向机构的下端安装压紧机构,在压紧机构中设置弹簧和压块,并在压块的下端设置向内凹陷的圆弧面;且在铝基板的上端设置向下凹陷的圆弧状槽道,使压紧机构向下移动时,压块下端的圆弧面能半包裹热管,将在弹簧弹力的作用下将热管压紧在铝基板的圆弧状槽道中,再用加热机构对热管和铝基板进行焊接。
本发明的有益技术效果是:设计一种新的L型热管散热器的钎焊方法,钎焊方法为软钎焊,为提高钎料对铝基板的润湿性,焊前对铝基板进行镀镍、热管镀镍,钎料为锡铅基焊膏加焊料,钎焊组装前,对铝基板待焊槽道涂抹一层Sn63Pb37焊膏,然后在铜热管待焊上方放置Sn63Pb37焊料,避免了添加助焊剂需求,降低了钎焊难度,且提高了铝基板跟铜热管的有效接触面积,也降低了单纯使用纯焊膏的成本。
便于带倾斜角度的L型热管散热器的铝基板跟铜热管紧密且充分结合,降低接触热阻,采用软钎焊焊接方式,为提高焊料的润湿性,对铝基板镀镍,镀镍厚度为3-5μm,铜热管镀镍,厚度4-6μm,焊料采用Sn63PbS7焊膏+Sn63Pb37焊料,焊前组装前将铝基板槽道中涂抹一层焊膏,在铜热管待焊处上方放置Sn63Pb37焊料,钎焊温度为220℃,通过焊膏及焊料熔化将铝基板跟L型热管实现紧密连接。另外,提供一种带倾斜角度L型热管散热器的软钎焊设备,包含快速装夹夹具及发热块快速加热方式。
本发明还具有以下优点:
1.提供了一种L型热管散热器的铝基板跟铜热管的连接方法,铝基板、铜热管表面状态要求,焊接参数;
2.提供了一种带倾斜角度L型热管散热器的焊接设备,能够实现半自动化作业,若配置机器人,可以实现自动化焊接;
3.降低员工的劳动强度,提高生产效率;
4.提高了钎焊过程中的热能利用率;
5.提高了L型热管散热器的铝基板跟铜热管焊接的一致性。
附图说明
图1为实施例一的整体结构示意图;
图2为图1的局部放大图;
图3为压紧机构的局部放大图;
图4为除去导向机构和旋转移动机构后的部分结构示意图;
图5为导向机构的结构示意图;
图6为旋转移动机构的结构示意图;
图7为导向机构和压紧机构旋转后的结构示意图;
图8为焊接完成后的产品结构示意图;
图中:1-底座;101-加热台;102-底脚;11-定位框;2-上顶气缸;3-浮动接头;4-加热块;5-支撑杆;6-导向杆;61-横杆;7-导向板;8-压块;9-弹簧;10-顶压板;12-分度盘;13-安装框;14-丝杆;15-铝基板;151-槽道;16-L型铜热管;111-侧连接板;112-下定位板;113-油封;114-上定位板;115-球头柱塞;116-侧向气缸;117-顶连接板。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步的描述:
实施例一
本实施例中热管是L型铜热管16,多根L型铜热管16和铝基板15需要一次焊接在一起组成散热器的部件。
如图1、图2和图4所示,焊接装置包括支架、导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,支架下端设置有底座1,底座1开有空腔,加热机构设置在所述底座1的空腔中。其中,支架包括底座1、支撑杆5、导向杆6和横杆61,底座1的上端设置有加热台101,支撑杆5和导向杆6的下端都安装在加热台101上。加热机构包括上顶气缸2、浮动接头3和加热块4,在底座1的加热台101的下端面连接有安装框13,安装框13的截面为U字形,安装框13的上端固定连接在加热台101底部。上顶气缸2的上端与安装框13的底部连接,安装框13和加热台101上都开有贯通的通孔,浮动接头3的一端与上顶气缸2连接,浮动接头3的另一端穿过安装框13上的通孔与加热块4连接。铝基板15放置在加热台101上,浮动接头3伸长时,加热块4能穿过加热台101上的通孔,给铝基板15加热。
导向杆6相对于垂向方向倾斜设置,支撑杆5和导向杆6的上端都与横杆61连接。导向杆6为两根,两根导向杆6平行设置,且两根导向杆6上都设置有导轨,(导轨未画出)支撑杆5设置在所述两根导向杆6的一侧。导向机构包括侧连接板111、下定位板112、上定位板114和顶连接板117,侧连接板111为两块,且两块侧连接板111平行设置,两块侧连接板111顶部设置有顶连接板117。两块侧连接板111还与上定位板114和下定位板112连接,且下定位板112、上定位板114和顶连接板117平行设置;顶连接板117的两侧还卡合在两根导向杆6上的导轨上。导向机构的下端连接有压紧机构,使得整个导向机构和压紧机构都能沿导向杆6上的导轨进行向上或向下滑移。
如图3、图4和图5所示,上定位板114上开有贯通上定位板114的通孔,在所述通孔中安装有油封113,上定位板114的顶面上还安装有侧向气缸116,侧向气缸116朝油封113的一面安装有球头柱塞115。下定位板112上开有贯通下定位板112的通孔,在下定位板112的通孔中安装有油封113。当L型铜热管16从下往上依次穿过下定位板112和上定位板114中的油封113后,启动侧向气缸116使侧向气缸116驱动球头柱塞115,从而夹紧L型铜热管16使L型铜热管16能跟随导向机构一起旋转和移动。
压紧机构包括导向板7、压块8、弹簧9、顶压板10,顶压板10的两侧与侧连接板111固定连接,导向板7上开有贯通的通孔,在所述通孔中安装有压块8,弹簧9的上端与顶压板10连接,弹簧9的下端与压块8连接,压块8的下端为向内凹陷的圆弧面。在铝基板15的上端设置向下凹陷的圆弧状槽道151,使压紧机构向下移动时,压块8下端的圆弧面能半包裹热管,将在弹簧9弹力的作用下将L型铜热管16压紧在铝基板15的圆弧状槽道151中。也就是说:L型铜热管16下端弯折处有一半是嵌在压块8下端的圆弧面中,有一半是嵌在铝基板15的圆弧状槽道151中,使得L型铜热管16的上端固定在上定位板114和下定位板112中,而铜热管弯折的下端则固定在压块8和铝基板15中。从而使得每一根L型铜热管16的底部都能稳固的压紧在铝基板15槽道151中,再启动上顶气缸2,将加热块4向上推,使加热块4与铝基板15贴紧进行加热焊接,从而同时完成多根L型铜热管16的批量焊接。
如图6和图7所示,旋转移动机构包括分度盘12、安装框13和滚珠丝杆14,分度盘12固定连接在安装框13上。滚珠丝杆14包括螺母和丝杆14,螺母安装在支架的横杆61上,丝杆14的下端与安装框13固定连接。分度盘12上设置有连杆,连杆的一端与分度盘12连接,连杆的另一端与导向机构的侧连接板111连接。转动分度盘12,能通过连杆带动导向机构和压紧机构一起朝支架前端旋转。工作人员是站在支架的前方,此时,工作人员能很方便的将L型铜热管16依次穿过下定位板112和上定位板114的油封113中,将L型铜热管16安装并固定在导向机构中。
如图1至8所示,本发明中:底座1下端的底脚102采用螺栓跟地面连接,稳固整个焊接装置。散热器中铝基板15跟L型铜热管16软钎焊的热量来源于加热块4,加热块4由上顶气缸2驱动上升与下降,加热块4与上顶气缸2通过万向浮动接头3连接,可以消除或避免上顶气缸2的偏心,从而实现加热块4跟铝基板15良好贴合,实现良好的热传递,缩短加热时间。
加热块4数量跟铝基板15尺寸相关,每个加热块4尺寸建议为140mm*190mm,加热块4尺寸太大,加热块4在加热过程中因刚性不足会导致加热块4与铝基板15加热的平面的平面度变大。加热块4的分布根据铝基板15尺寸进行均布,加热块4功率与铝基板15跟铜热管重量挂钩,每1.5kg重量对应加热块4功率1kw。每个加热块4均对应一个上顶气缸2,实现单独升降。
为方便插装L型铜热管16,分度盘12可以实现90度翻转,使导向机构面向操作者。分度盘12通过螺栓实现跟安装框13连接,安装框13通过法兰螺母实现跟滚珠丝杆14连接,滚珠丝杆14由电机驱动上下升降。为保证L型铜热管16的倾斜角度,滚珠丝杆14、导向杆6与加热台101的倾斜角跟L型铜热管16与铝基板15的倾斜角一致。
为方便插装L型铜热管16以及实现L型铜热管16的良好定位,保证定位精度,采用两块定位块,并安装上高温油封113、侧向气缸116和球头柱塞115,采用侧向气缸116驱动球头柱塞115夹紧L型铜热管16。插装L型铜热管16时,侧向气缸116处于抽回状态,插装完L型铜热管16后侧向气缸116处于伸张状态,球头柱塞115夹紧L型铜热管16。由分度盘12控制导向机构和压紧机构的转动,旋转移动机构、导向机构和压紧机构的升降由滚珠丝杆14控制。压块8有一定长度,且有与L型铜热管16外径对应的向内凹陷。
插装完L型铜热管16后,L型铜热管16会贴紧压块8的圆弧面,导向机构和压紧机构由分度盘12回转90°进行回位,由滚珠丝杆14将L型铜热管16送至铝基板15的槽道151中。为防止软钎焊过程中焊烟四溢,设备四周可以设置围板围住,在侧壁上安装一个排风扇、一个送风扇,用排风扇将接焊烟吹到回收系统中。加热台101两侧装有铝合金流体条,可以方便铝合金基板上料及焊后的L型铜热管16散热器的下料。
本发明操作如下:对铝基板15镀镍,镀镍厚度为3-5μm,L型铜热管16镀镍,厚度4-6μm。将Sn63Pb37焊膏涂在铝基板15槽道151中,用刮刀将其涂抹在槽道151底部及两侧,将涂抹焊膏的铝基板15放置在加热台101指定位置。在铝基板15中间位置上粘一热偶,采用夹具将铝基板15固定在设备加热台101上。
分度盘12旋转90°,设备开始处于图7所示的状态,侧向气缸116处于回缩状态,员工按照图纸插装L型铜热管16,并用侧向气缸116驱动球头柱塞115夹紧L型铜热管16。用分度盘12翻回90度,电机驱动滚珠丝杆14带动导向机构和压紧机构向下运动,将L型铜热管16送至铝基板15槽道151,在弹簧9的弹力压缩下,实现L型铜热管16与铝基板15槽道151紧密贴合。
在L型铜热管16待焊处放置Sn63Pb37固体焊料,上顶气缸2驱动加热块4上升,使加热块4紧密贴合铝基板15底面,开始加热,待热偶温度达到220℃时,停止加热,上顶气缸2下降,加热块4脱离铝基板15底面,待热偶温度降至120℃时,电机驱动滚珠丝杆14,使压紧机构上升,脱离L型铜热管16及其连接的铝基板15。松开基板上的夹具,将焊好的L型铜热管16和铝基板15拿出(如图8所示)。
显然,在不脱离本发明所述原理的前提下,作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,包括支架、导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,支架下端设置有底座,底座开有空腔,加热机构设置在所述底座的空腔中;支架上端设置有导向机构和旋转移动机构,导向机构的下端设置有压紧机构,旋转移动机构的一端与支架上端连接。
2.根据权利要求1所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,支架包括底座、支撑杆、导向杆和横杆,底座的上端设置有加热台,支撑杆和导向杆的下端都安装在加热台上,且导向杆相对于垂向方向倾斜设置,支撑杆和导向杆的上端都与横杆连接;在底座的加热台的下端面连接有安装框,导向杆为两根,两根导向杆平行设置,且两根导向杆上都设置有导轨,支撑杆设置在所述两根导向杆的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,加热机构包括上顶气缸、浮动接头和加热块,上顶气缸的上端与安装框的底部连接,且安装框和加热台上都开有贯通的通孔;浮动接头的一端与上顶气缸连接,浮动接头的另一端穿过安装框上的通孔与加热块连接;浮动接头伸长时,加热块能穿过加热台上的通孔。
4.根据权利要求2或3所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,导向机构包括侧连接板、下定位板、上定位板和顶连接板,侧连接板为两块,且两块侧连接板平行设置,两块侧连接板顶部设置有顶连接板;两块侧连接板还与上定位板和下定位板连接,且下定位板、上定位板和顶连接板平行设置;顶连接板的两侧还卡合在两根导向杆上的导轨上。
5.根据权利要求4所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,上定位板上开有贯通上定位板的通孔,在所述通孔中安装有油封,上定位板的顶面上还安装有侧向气缸,侧向气缸朝油封的一面安装有球头柱塞;下定位板上开有贯通下定位板的通孔,在下定位板的通孔中安装有油封。
6.根据权利要求5所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,压紧机构包括导向板、压块、弹簧、顶压板,顶压板的两侧与侧连接板固定连接,导向板上开有贯通的通孔,在所述通孔中安装有压块,弹簧的上端与顶压板连接,弹簧的下端与压块连接,压块的下端为向内凹陷的圆弧面。
7.根据权利要求6所述的一种散热器的热管批量焊接装置,其特征在于,旋转移动机构包括分度盘、安装框和滚珠丝杆,分度盘固定连接在安装框上,滚珠丝杆包括螺母和丝杆,所述螺母安装在支架的横杆上,所述丝杆的下端与安装框固定连接,所述分度盘上设置有连杆,连杆的一端与分度盘连接,连杆的另一端与导向机构的侧连接板连接。
8.一种散热器的热管批量焊接方法,其特征在于,在支架中设置导向机构、压紧机构、旋转移动机构和加热机构,将铝基板放置在加热机构上,通过旋转移动机构将导向机构和压紧机构一起朝支架前端旋转后,将热管插到导向机构中;再次转动旋转移动机构使导向机构、热管和压紧机构一起回位,然后启动电机驱动旋转移动机构将导向机构、热管和压紧机构一起向下移动,并使热管贴紧在铝基板上进行焊接。
9.根据权利要求8所述的一种散热器的热管批量焊接方法,其特征在于,在导向机构中设置平行分布的下定位板与上定位板,且在下定位板与上定位板上都开设贯通的通孔,在通孔中设置油封,将热管穿过下定位板和上定位板的油封中,从而使热管能进行定向移动;在上定位板的顶面上还安装有侧向气缸,侧向气缸朝油封的一面安装球头柱塞,启动侧向气缸使侧向气缸驱动球头柱塞,从而夹紧热管使热管能跟随导向机构一起旋转和移动。
10.根据权利要求9所述的一种散热器的热管批量焊接方法,其特征在于,在导向机构的下端安装压紧机构,在压紧机构中设置弹簧和压块,并在压块的下端设置向内凹陷的圆弧面;且在铝基板的上端设置向下凹陷的圆弧状槽道,使压紧机构向下移动时,压块下端的圆弧面能半包裹热管,将在弹簧弹力的作用下将热管压紧在铝基板的圆弧状槽道中,再用加热机构对热管和铝基板进行焊接。
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