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

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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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