CN1638911A - 焊接设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一个成套的坩埚组件，用于在一对金属部件之间形成一个焊缝，包括一个容器带有侧壁和一个可熔化底板，一个耐火材料内衬在侧壁上，一个放热焊接材料在容器内，一个点火器部分地在焊接材料内或接近它，部分地在容器的外面，以及一个盖子，密封焊接材料。点火器可以增强以保持它的形状，以及保持相对于放热焊接材料的一个希望的位置。坩埚组件构造为可放置在一个模具上，它具有一个舱室在其内。当焊接材料借助点火器的激励点燃时，焊接材料进行放热反应，以产生熔融金属和熔渣。容器的可熔化底板被液化的熔融金属熔化，以及焊接金属流动进入模具的一个焊接室，以产生焊接。

Description

焊接设备和方法
本发明的背景
1.本发明的技术领域
本发明一般地涉及焊接设备和方法，以及更具体地涉及形成焊接接头以及引发在形成焊接接头过程中的自扩展放热反应用的设备和方法。
2.相关技术的说明
放热焊接已成为公认的一种形成优质高载流量、低电阻接头的优选的方法。
放热焊接接头不受热环境条件的影响，这些条件能够引起机械的和压缩的接头变成松动和腐蚀的。它们的耐久性和长寿命也是公认的。部件或导体熔化到一起的过程提供一个分子接合，并带有一个载流能力与导体相等。这种接头广泛地使用用于接地系统，能使此系统作为带有低电阻的一个连续的导体工作。
自扩展放热反应用于放热焊接的实例可参见以下过程：CADWELDprocess和Thermitprocess。CADWELD是EricoInternational Corporation，Solon，Ohio，U.S.A，公司的商标，以及Thermit是Th.Goldschmidt AG，Essex，Germany公司的商标。放热混合物基本上是一种还原金属和通常一种过渡金属氧化物的一个组合。一个实例是铝和氧化铜，它在点火时供给充足的热量以便在混合物内部扩展和保持一个反应。它通常是熔融的金属产物或反应的热随后用于产生一个希望的结果。CADWELDprocess例如产生熔融铜和氧化铝或熔渣的一个混合物。熔融铜具有比熔渣高的密度，以及经常被一个模具引导以接合或焊接铜至铜或钢至钢。氧化铝熔渣由焊接接头清除和报废。另一个普通的混合物是氧化铁和铝。在此处仅有反应热被使用。热量可以使用于例如熔化钎焊材料。
放热反应产生大量的热。约束反应以及产生焊缝或接头的最普通的方法是约束反应在一个分解的石墨模内。使用这种分解的石墨模12的一个现有技术焊接设置10示于图1。参见图1，模具12包括一个上模体段14，一个下模体段16，以及一个模盖20。导体或待接合的工件，比如棒材22和24经仔细清理和随后放置在正确的位置以凸起进入被石墨模12的模体段14和16限定的焊接室26。上模体段14包括一个坩埚室30在焊接室26的上面，借助一个排放孔32连接至焊接室26。模体段14和16随后一般使用一个套环夹具牢固地封闭和锁定，以及一个金属盘34定位在坩埚室30内排放孔32的上面。一个适当量的放热材料36放入金属盘34顶面的坩埚室30以及一种传统的开始粉末或材料40撒在放热焊接材料36的顶上。开始粉末40是实质上一种非常细的放热材料。模盖20随后封闭和反应的引发是借助使用一个燧石点火器点燃开始粉末40。撒在放热材料36的顶面上的开始粉末或材料40具有一个低的点火温度以及容易地借助燧石枪点燃，而燧石点火枪正常地不能直接地点燃放热材料36。当放热材料36被点燃，熔融金属相由熔渣分离以及熔化通过金属盘34。熔融金属随后通过排放孔32流至焊接室以及导体22和24被接合。一旦金属凝固，模体段14和16打开，以及熔渣由焊接接头分离。石墨模12经清理和准备重新使用于随后的接头。
如以上建议，这种类型的放热混合物不能自发地反应以及需要一种反应的引发方法。此引发方法包括产生足够的局部能量，以便使反应能够开始。一个引发点火的方法如以上所述是使用一种开始粉末和一个点火源，比如一个燧石点火器。然而，由于开始粉末的低点火温度和操作和运输中的缺陷，进行过许多努力以发现一种可靠的和低成本的代替的点火系统用于放热材料。已设计制造出一系列的电系统，它们是由简单的火花间隙至桥丝或箔，至更复杂的器件，比如火箭点火器。这些努力例如可以参见现有的专利：U.S.Patents 4,881,677、4,879,952、4,885,452、4,889,324和5,145,106。出于一系列的原因，但主要是因为功率要求，可靠性和价格，这些器件未能成功地代替标准的开始粉末/燧石枪用于引发自扩展放热反应。另一个电点火系统是下列申请中公开的系统：European Patent Publication No.875330，是本申请的转让所有，将其整个内容列于此处供参考。
此外，这里还有其它的困难是上述的焊接设备和方法所固有的。除了处理和运输开始粉末40方面的困难外，在处理和运输堆装的放热材料36本身也可能存在问题。正确地测量放热材料36也可能是耗时的和对错误敏感的。再者，现有技术设备中使用的石墨模，比如此焊接设备10中使用的石墨模12如图1所示，可能价格高，因为占用大量的石墨以及因为大量的机加工需要以制出图1中所示石墨模12的通道。最后，以上所述的一种过程产生石墨模12表面上不希望的残留物。这些残留物要求定期地清理石墨模12的表面，它是一个劳动强度大的过程。即使进行定期地清理，残留物可能减少石墨模12的工作寿命。最后，清理本身可能引起石墨模损坏，也能导致石墨模12的工作寿命减少。
因此，应该理解，改进的焊接设备和方法应该是希望的。
本发明的概述
按照本发明的一个方面，一个成套的坩埚组件包括一个容器，具有侧壁和一个可熔化的底板；一个耐火材料内衬在容器的侧壁上；一个放热焊接材料在容器内；以及一个点火器延伸进入容器用于点燃放热材料。
按照本发明的另一方面，一个焊接金属材料用的点火器包括第一和第二金属带，以及一个绝缘材料在第一和第二金属带之间。第一金属带具有一个孔在其中，以便当一个电压施加至第一金属带时由此孔产生一个发射的火花等离子体。第二金属带比第一金属带更刚劲。
为了实现上述的和相关的目的，本发明包括的特点在下面将充分地说明和尤其在权利要求中指出。下列的说明和附图列出用于本发明的某些示范性实施例。这些实施例是指示性的，然而，仅在一些不同的方法中使用了本发明的原理。本发明的其它目的、优点和新颖特点将通过下列详细说明结合附图考虑而明确地表达出来。
附图的简要说明
在附图中没有必须地按比例绘制，其中：
图1是一个现有技术焊接设备的一个剖切的等比例图；
图2是按照本发明的一个坩埚组件的一个剖切的等比例图；
图3是图2的坩埚组件的一个分解图；
图4是按照本发明的一个点火器的一个示意图，可作为图2的坩埚组件的一部分使用；
图5是点火器的金属箔带的一个示意图，与它们之间的绝缘装配在一起；
图5是点火器的一个示意图，在冲孔和孔成形之前已装配；
图6是一个示意的边缘立面图，示出锥尖冲头正要进入点火器；
图7是类似的示意图，示出冲头形成孔；
图8是类似的示意图，示出成形孔已制成；
图9是一个点火器的一个示意图，带有孔更中心地定位；
图10是熔化的一个示意图，它是在点火的一个中间阶段围绕孔产生的；
图11是产生的火花等离子能量的一个示意图，示出在一个侧面能量等离子体的锥形以及在另一个侧面上排出的等离子体；
图12是另一个稍大的示意图，示出火花等离子体的形状、排出等离子体和熔化产生，全部浸入一个放热反应混合物中；
图13是按照本发明的一个焊接设备的各个部件的一个示意图；
图14是一个电连接器的一个部件的一个等比例图，它是图13的焊接设备的一部分；
图15是图2的坩埚组件的一个等比例剖切图，结合一个模具作为焊接设备的一部分；
图16是图2的坩埚组件的一个等比例剖切图，结合另一个模具作为另一个焊接设备的一部分；
图17是图2的坩埚组件的一个等比例剖切图，结合又另一个模具作为又另一个焊接设备的一部分；
图18是图2的坩埚组件的一个等比例剖切图，结合又另一个模具作为又另一个焊接设备的一部分；
图19是一个代替的实施例容器的等比例剖切图，可与图2的坩埚组件一起使用；
图20是另一个代替的实施例容器的等比例剖切图，可与图2的坩埚组件一起使用；
图21是一个焊接设备的等比例剖切图，它包括图2的坩埚组件和一个过滤器组件；
图22是图2的坩埚组件的一个代替的实施例的等比例剖切图，带有一个整体制造的过滤器；以及
图23是一个代替的实施例坩埚组件的一个分解图，带有按照本发明的一个保持器卡夹。
本发明的详细说明
一个成套的坩埚组件提供一个有效的价格低廉的在一对金属部件之间形成一个焊缝的方法。成套的坩埚组件包括一个容器，带有侧壁和一个可熔化的底板，一个耐火材料内衬在容器的侧壁上；一个点火器部分地在焊接材料内部或接近它，以及部分地在容器外面，以及一个盖子密封焊接材料。点火器可以是刚劲的以保持它的形状以及保持它的位置部分地在放热焊接材料内部或接近它。坩埚组件构造为可放置在具有一个舱室的模具上。在通过点火器的激励焊接材料点燃时，焊接材料放热地反应以产生熔融金属和熔渣。侧壁上的耐火材料内衬防止容器的侧壁破坏。代替地，容器可熔的底部被液化的熔融金属熔化，以及焊接材料流动进入模具的一个焊接室以产生焊接。
耐火材料可以包括石墨和也可以是一种涂料粘接到侧壁上，或者可以是单独的内衬放置到侧壁内。
代替地，耐火材料可以本身是容器的侧壁。
坩埚组件提供许多优点超过现有的焊缝成形设备和方法。首先，成套的坩埚组件提供一个预定量的焊接材料用于形成焊缝。其次，焊接材料是密封在容器内，防止水分和其它污染物的侵入，它们可能有害地影响焊接材料的性能，这样允许材料安全地贮存和处理。第三，坩埚组件的容器可以在使用后任意处理，避免需要进行耗时的覆盖残留物的模具的清理。第四，坩埚组件可以是柔性的，构造为与任何现有模具一起使用，或者与简化的、较廉价的、要求较少材料和较少机加工的模具一起使用。
参见图2和3，示出一个坩埚组件50。坩埚组件50包括一个容器52，带有侧壁54和一个可熔化底板56一个耐火材料60内衬在容器52的侧壁54上。耐火材料60保护侧壁54避免在容器5 2内放热焊接材料64产生的热。一个点火器66具有一个第一端68，定位为部分地在焊接材料64的上面或内部，以及一个第二端70，由容器52凸起。点火器66具有一个弯头72，以便于点火器66的两端68和70正确的放置或定位。弯头可以是较尖锐的弯头，比如基本上是直角的弯头。一个盖子74与容器52的一个顶边缘76接合，密封焊接材料64和在容器52内的点火器66的第一端68。点火器66的第二端70由容器52，由盖子74和容器52的顶边缘76之间伸出。点火器66可以连接，例如用一个适当的粘接剂粘接至盖子74的一个底面。
盖子74防止焊接材料64在引发一个反应以形成一个焊接接头前脱离容器52。盖子74因此在运输、操作和安装坩埚组件50时保持在容器52内的一个预定量的焊接材料64。再者，盖子74防止脏物、水分和污染物进入容器52，尤其是进入焊接材料64。这种污染物能够有害地影响焊接材料64的性能，例如改变焊接材料64的反应特性，或者引起污染物进入由焊接材料64产生的焊接接头。
点火器66提供在焊接材料64内一种引发反应的方法，而不需要移走盖子74。如以下所述，点火器可以是一个电点火器，构造成这样，使电连接器可以连接至点火器66的第二端70，以提供一个电荷，它在点火器66的第一端68的附近引发焊接材料64的一个反应。接近此端，点火器66具有一个锥形冲孔76在第一端68，它的功能和形成详见下述。
焊接材料64的反应产生热，如以上结合图1的焊接设备10所述。耐热材料60保护容器52的侧壁避免损坏、穿孔或由于焊接材料64的反应产生热导致的其它形式的失效。然而，至少容器52的可熔化底板56的一部分不被耐火材料60保护。部分地或完全地反应的焊接材料64具有充足的热以破坏或熔化可熔化底板56，允许熔融的反应的焊接材料64(这里也称为“焊接金属”)排出容器52，以形成一个焊接接头在容器52的底板56的下面。
侧壁54和可熔的底板56可以由相同的材料制成以及可以制成为一个单独部件。例如，容器52的侧壁54和底面56可以制成为一个单独的无缝的电镀锡钢部件。电镀锡钢容器52可以例如借助拉伸或旋转成形。
代替地，侧壁54和可熔化底板56可以是单独的部件和由不同的材料制造。可熔化底板56可以是一个钢盘。代替地，可熔化底板56可以是另一个适当的材料，它熔化和/或破坏以允许反应的焊接材料64通过它流动。应该理解，底板56的材料可以这样选择，它不会引起不可接收的污染物进入产生的焊接接头，如以上所述。可熔化底板56可以借助夹紧或其它适当的附着方法固定至侧壁54，例如借助沿着侧壁54的一个底边缘80用粘接剂粘接。容器52的侧壁54可以是任何一种适当的材料，例如，适当的金属和金属合金、陶瓷、纤维玻璃、砂或蜡。侧壁可以是一种可任意处理的材料，例如，纸板、纸或其它纸浆产品。
容器52的侧壁54可以包括一个锥形表面，如图2和3所示。侧壁54的锥形表面，可以帮助焊接材料64反应产生的熔融焊接金属向流动的方向聚焦。代替地，侧壁54可以具有其它适当的形状，比如圆筒形。
耐火材料60可以是石墨箔内衬。石墨箔可以具有厚度至少约10mils(密耳)，以及可以具有厚度约15mils。适当的石墨是UCARinternational Inc制造的，以及以商标GRAFOIL出售。适当的石墨箔可以由EGC Enterprises Incorp.，of Chardon，Ohio.获得。代替地，耐火材料可以是其它材料，它适合于保护容器的侧壁54。
放热焊接材料64可以是任何一种适当的焊接材料，比如一个还原金属和一个过渡金属氧化物的一个粉末化组合。
盖子74可以是一个金属箔盖子，比如镀金属的塑料薄膜。一个实例是镀铝的MYLAR。镀金属的塑料薄膜具有厚度约0.5mils至约2mils。盖子74的材料、厚度和形状可以这样选择，使盖子74对容器52提供一个良好的密封，而允许当焊接材料64反应时释放压力。如果盖子74是保持它的整体性和它的密封在焊接材料64的整个反应时顶住侧壁54的顶边缘76，在焊接材料64和盖子74之间空间内的压力积累可以驱动熔融的焊接材料64用力向下。反应的焊接材料的向下驱动可能导致不良的结果，例如，驱动熔渣材料以及金属进入最终的焊接接头。为了避免这样一个情况，盖子74可以构造为当焊接材料64反应时爆裂，从而限制能够发生在容器52内的压力积累的量。代替地或增加地，盖子74和侧壁54的顶边缘76之间的密封可以构造为在焊接材料64反应时整个地或部分地破裂，从而防止在容器52内过度的压力积累。
其它代替的方法也可以使用于避免在焊接材料64反应时在容器52内不希望的压力积累。例如，盖子74可以是带孔的或者在引发反应之前移走，虽然，应该理解，这样会损害产品的整体性和使用较复杂的和较耗时的产品。还有可能，在某些情况下来自焊接材料64的反应的压力积累不是一个问题，以及在此情况下盖子74的形状和操作不需要考虑与容器52内压力积累相关的潜在问题。
如以上所述，盖子74可以使用镀金属的塑料薄膜，例如镀铝的MYLAR。代替地，盖子74可以是任何一种其它适当的材料，包括适当的金属箔、塑料、丝网和/或陶瓷纤维或这些材料的组合。作为另一个代替方法，盖子74可以包括滤纸。
现在转至图4，示出点火器66的细节。点火器66包括第一和第二导体金属箔带90和92，被一个中间绝缘层94隔离。一个附加绝缘覆盖层98也是点火器66的一部分。在点火器66的第一端68处的锥形孔76提供一个中断，它使用于引发焊接材料64的反应，这时一个电荷施加至点火器66，详见下述。
由于点火器66正常地是准备在放热反应中消耗，它是与放热焊接材料64相容的(图2和3)。在CADWELD过程中，在此处铜导体被焊接，一个适当的金属箔材料是铜。另一个适当的金属箔材料是钢。用于绝缘层94和98的一个适当的绝缘材料可以是纸。应该理解，然而其它金属或导体箔可以与其它绝缘材料一起使用。
为了提供刚性至点火器66，一个金属箔带90和92可以比另一个金属箔带更刚劲。因此，第二金属箔带92可以比第一金属箔带90更刚劲。第二箔带92可以比第一箔带90更厚和/或用比第一箔带更刚劲的不同材料制造。在一个特殊的实例中，第一箔带90是用铜制造的，它可以具有一个厚度由约1至约3mils，以及可以具有一个厚度由约1.4至约2mils。第二箔带92是用不锈钢制造的，它可以具有一个厚度由约5至约25mils，可以具有一个厚度由约10至约15mils，以及可以具有一个厚度约10mils。附加的刚性是借助使用较刚劲和/或较厚的材料至第二箔带92而提供，在制造、运输和存储时有助于保持点火器66的希望的形状和构造，而保持第一箔带90的希望的点燃特性。尤其是，附加的刚性帮助保持弯头72在点火器66内(图2)。
中间绝缘层94使用于两个目的。它提供一个绝缘障碍在两个金属箔带90和92之间，以及一旦点火器66点火或反应引发，还提供对热和能量的偏转障碍。箔带90和92使用少量的导电粘接剂，它可以放置在箔带90和92的内部，接合到中间绝缘层94。粘接剂能够使箔带90和92牢固地附着至中间绝缘层94，而消除了空气间隙，以及粘接剂的导电本性增强金属箔带90和92长度方向上的电流流动。箔带90和92以及绝缘层可以前进通过滚子的滚隙，例如用以保持正确的粘接和消除空气间隙。第一箔带90也可以类似地粘接至绝缘覆盖层98。当点火器的各层已装配，如图5中所见，中间绝缘层94最好稍微凸出于箔带90和92的末端，这样的凸出示于100和102处。图中所示的凸出稍有夸张以及可能仅有一英寸的一小部分或数毫米或数微米。
一旦点火器66已装配，见图6-8，一个中断形成在点火器66内，以提供一个能量放电源。这个中断是一个锥形孔76的形式，它是由具有一个较尖锐锥形尖端109的冲头108或其它适当形状的尖端形成的。形成尖锐锥形尖端孔用于一个点火器的过程示于图6-8，其说明见以下专利申请：European Patent Publicafion No 875 330和co-pendingU.S.Application No.08/846,285，因此图6-8标明为现有技术。
如由图7所见，冲头108进入带和尖端109通过带组件由另一侧面稍微凸出，如在110处所见。由图8可见，当冲头108拔出，这里在带点火器66内形成孔76，它具有冲头108的锥形。此孔76在一侧面具有一个大端113和在另一侧面具有一个小排出端114。
孔76前进完全通过带点火器66，以及孔76制成为一个喇叭形，扩大至大端113。
所示的孔76定位在点火器66的第一端68，虽然应该理解，孔76可以定位在沿着点火器66的其它适当的位置。为了说明的目的，在图9-12内，所示的孔76定位在带的端至端的中心以及在横边或侧边之间的中部。同样，如以下所述，多于一个孔也可以使用，以及孔的尺寸可以改变。所描绘的孔不是按比例的，以及孔的大端的直径可以由一毫米的若干分之一(微米)至约2mm。锥形角度可以不同于图中所描绘的，以获得锥形或喇叭形，它能提供一个尖锐的火花等离子体。作为一个冲孔，此孔具有冲孔的特征，它破坏了组件的直线本性，提供轻度折叠的和锯齿的边缘以及在孔内一个衰减的绝缘。
当反应被引发和点火器66点火时，它连接至一个电容放电器件，例如，借助连接适当的电连接器至点火器66的凸起的第二端70。当电容器能量释放时，放热反应的引发产生于数毫秒内。虽然此现象的精确的机理仍不知道，它据信可以用下列的事件程序表示和如图9-12内特定地描绘。应该强调，点火器66的点火可以不同于图9-12所示。点火器66用的锥形孔的形成过程的事件程序如图9-12所示说明如下，以及也说明于European Publication No.875 330和co-pending U.S.AplicationNo.08/846,285以及因此图9-12标明为现有技术。
在点火程序中，能量由电容器释放进入两个带90和92，每个接收一个放电极，即一个负极和一个正极。
通过带90和92以及中间绝缘层94的组件的锥形孔76作为一个中断或电阻点，以及开始迅速加热；如此迅速，以致这里基本上没有时间使热逸散至周围的材料。最终足够的热量能使锥形孔边缘处箔带的整个360°薄边缘迅速熔化。这点是按照I2R产生的，其中I是电流推力和R是电阻。中间相的熔融边缘如在图10和12中118处所见，增加了电阻，从而增加继续加热的速度。铜的熔化发生在1083℃。
此现象发生在如此短的时间，使熔融相不能够移走，以及继续的加热迫使熔融铜蒸发，此现象发生在铜超过2571℃时。气体相增加了局部区域内的电阻，甚至更大。
蒸气开始膨胀，但继续引出电流，直到开始引出电弧。电弧或火花可以获得温度超过5000℃。电弧或火花迫使气体相至一个离子化点，它开始非常迅速地降低电阻，它继续增加电流，移动进入此区域。
增加电流至蒸气区域产生增加的热或超热至膨胀的蒸气，它迫使蒸气迅速地膨胀，产生一个最终的火花等离子体冲击波，如图11和12内顶锥体120所示。在图11和12内，点火器66是浸入在放热焊接材料64内，它可以是颗粒形状的在点火器66的两个侧面。然而，锥形冲击波以减少的力膨胀，这是由于在点火器66的另一或相对的侧面存在较小的或排出孔。此孔的排出的或较小端产生稍小的火花等离子体，如在124处所见，减少冲击波锥体120的范围和力量，从而减少在引发反应之前任何围绕或接近的放热材料64的扰动。一个力太扩大和太突然可能横向地移动或吹出一些类型的放热材料离开火花等离子体的热。
冲击波携带熔融铜124(图12)离开锥形孔76的熔融的周边118。熔融铜126由锥形孔的周边扩展向外，而排出孔提供火花等离子体124和在相对方向上的能量传输。超加热范气和熔融铜的组合释放出冲击波和引出电弧提供一个基本上广范围的能量和放热材料122的一个多点的点火。
图13示出坩埚组件50，作为焊接设备150的一部分。它还包括一个模具152，一个卡夹154用于保持模具152的部件到一起，以及一个电容器放电单元160，通过一个电连接器162和一个电导线164连接至点火器66的第二端170。电连接器162的部件166的细节示于图14。部件166包括一个塑料壳体168和一对点火器触片170和172。点火器触片170和172连接至电导线164的相应的导线，通过它们触片连接至电容器放电单元160。电容器放电单元160提供充分的电荷至触发器在坩埚组件内点火。有关适当的放电单元的进一步细节可参见European PatentPublication No.875 330和co-pending U.S.ApplicationNo.08/846,285，将其整个内容列于此处供参考。点火器66的第二端70可以插入壳体168的狭缝174，以及触片170和172之间，放置箔带90和92(图4)进入与相应的触片170和172接触。
现在参见图15，模具152可以是一个传统的分解模具，与图1所示和以上所述的模具12类似。坩埚组件50配合进入模具152的上模体178的一个坩埚室176，并且使点火器66的第二端由上模体178和模具152的一个盖子182之间的一个开口180凸出。因此，坩埚组件50不需要专门化的模具，而是使用现有技术系统适用的模具。在点火器66点火时，焊接材料64反应以形成一个熔融焊接金属。焊接金属随后熔化或破坏容器52的可熔化底板56。焊接金属随后前进通过一个排出孔184和进入一个焊接室186，在此处焊接金属在一对棒材190和192之间形成一个焊接接头。
应该理解，在现有模具内使用坩埚组件50的能力，比如模具152，可以增加坩埚组件的通用性。再者，应该理解，使用坩埚组件50与模具152配合，与在坩埚室176内使用传统的堆装的放热焊接材料粉末相反，有利地减少要求用于模具152的清洗量，从而减少劳动量和费用以及延长模具寿命。
图16示出坩埚组件50作为另一个焊接设备的一部分。焊接设备200也包括一个减少高度的模具202。模具202包括一个上模体204和一个下模体206，两个模体可以用一种适当的材料制造，比如石墨。上模体204包括一个坐位或平台210用于接收坩埚组件50的底面。一个排出孔212运输熔融焊接金属由坩埚组件50至一个焊接室214，在此处形成一个焊接接头。
由于坩埚组件50的容器52的侧壁54，本身含有焊接材料64的反应，上模体204不需要包括在坩埚组件50的侧面和上面的部分。因此，在相当于上模体178(图15)的坩埚室176的上模体204内什么也没有。因此应该理解，模具202存在的优点超过模具152，在于使用的材料，机加工生产时间和价格方面。
图17示出一个焊接设备220，它包括坩埚组件50和一个陶瓷模具222。陶瓷模具的一个实例是CADWELDONE-SHOT，由ERICO公司供应。
在图18所示的焊接设备240内，坩埚组件50是与一个通用的可成形的模具242结合使用。这种可成形的模具242的一个实例是CADWELDMULTITM，由ERICO公司供应。有关可成形的模具242的进一步的细节可参见U.S Proisional Application No.60/303,572，将其整个内容列于此处供参考。
现在转至图19，一个代替的实施例容器52包括侧壁54，具有耐火材料内衬60，它是在侧壁54上的一个涂层262。涂层262可以是例如一个喷涂的石墨涂层。另一个可能的涂层是氮化硼涂层。
图20示出另一个实施例容器52，其中侧壁54和耐火材料内衬60组合成为一个统一的耐火材料片282。统一的耐火材料片可以是例如适当厚度和强度的一个石墨片。一个石墨片282可以具有厚度至少50mils。
图21示出一个代替形状的坩埚组件50，它包括一个附加的过滤器适配器300，包括一个过滤器302和一个挡板304。挡板304配合越过坩埚组件50的顶面。过滤器302和挡板304减少不希望的反应产物的排放，比如颗粒物质进入焊接材料64的反应附近的大气。挡板带有孔在其内，它迫使向上方向反应产物前进通过一个曲折的流动路径。挡板304可以包括一个火焰抑制器，一个挤压的陶瓷片带有许多孔在其内，它可作为一个吸热器。应该理解，如果希望可以使用没有过滤器的挡板。
代替地，应该理解，一个过滤器可以作为坩埚组件的整体部分合并。这样一个整体的系统示于图22，其中一个坩埚组件50包括一个过滤器320在焊接材料64和一个盖子74之间。过滤器320可以附着在盖子74，例如用粘接剂粘接至盖子74。
过滤器302和320用的材料可以是陶瓷或耐火材料毡垫。适当材料的实例是以下列商标出售的材料：FIBERFRAX，UNIFRAX，以及DURABLANKET。
图23示出坩埚组件50另一代替的实施例。图23所示的坩埚组件50与图2和3所示的类似，以及如以上所述，附加一个保持器卡夹380，它使用于固定点火器66的位置。保持器卡夹380具有一个中间部分382和一对向下弯曲的侧面部分384和388。侧面部分388具有一个缺口390在其内。保持器卡夹380配合越过盖子74，并且使中间部分越过容器52的顶开口。侧面部分384和388沿着容器52的侧壁54向下延伸，并且使点火器66配合进入缺口390。保持器卡夹380的侧面部分384和388可以随后沿着容器52的侧壁54夹紧或紧固，因此保持点火器66就位。
保持器卡夹380可以用不锈钢制造，或使用不同的其它适当的材料制造，比如适当的金属(包括各种钢)、塑料、丝材或纸。一个适当的材料是1/4硬不锈钢，具有一个厚度0.005in(0.13mm)。不锈钢发现是保持器卡夹用的优秀的材料，因为不锈钢能够抵抗在恶劣气候条件下的降级，以及能够承受焊接过程的高温。
保持器卡夹380有利地提供点火器66附加的固定，它对于这样的环境可能是希望的，在此处坩埚组件50可以经受粗糙的操作，它可能使点火器66离开其希望的位置。
应该理解，对于以上所述可能有许多适当的改变和应用，例如，应该理解，此器件可以使用于形成在不同数目的棒材或其它物件之间形成焊接接头，这些物件具有任何不同的形状。虽然本发明参考某些实施例来描述和说明。明显的是，在技术熟练人员阅读和理解说明书和附图后，可以做出等值的代替和改变。尤其是有关上述的元件(部件、组件、器件、复合件等)进行的不同的功能，术语(包括对一个“器件”的参考)使用于描述这些元件是有意地对应于(如果没有其它的指示)任何元件，它进行上述元件的特定的功能(即功能上等值)，即使不是结构上等值于公开的结构，它在本发明的这里所述的示范性实施例中进行此功能。此外，虽然本发明的一个特点是相对于一个或多个示范性实施例描述的，这个特点也可以与其它实施例的一个或多个特点相结合，作为对于任何给定的或特定的用途希望的和有利的方案。

Claims (73)

1.一个成套的坩埚组件，包括：
一个容器，具有侧壁和一个可熔化底板；
一个耐火材料内衬在容器的侧壁上；
一个放热焊接材料在容器内；以及
一个点火器，延伸进入容器用于点燃放热材料。
2.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁不包括耐火材料。
3.按照权利要求2的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁包括钢。
4.按照权利要求3的坩埚组件，其特征在于，容器的可熔化底板和侧壁制造成一个单独件。
5.按照权利要求2的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁在没有内衬的情况下是可燃烧的。
6.按照权利要求5的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁包括一个纸浆材料。
7.按照权利要求6的坩埚组件，其特征在于，容器的可熔化底板是一个金属盘，附着至容器的侧壁。
8.按照权利要求7的坩埚组件，其特征在于，金属盘是夹紧在容器的侧壁上。
9.按照权利要求2的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁包括一个陶瓷材料。
10.按照权利要求2的坩埚组件，其特征在于，耐火材料是一个单独的内衬，插入在容器的侧壁内。
11.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，耐火材料包括一个内衬喷涂在容器的侧壁上。
12.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁包括一个锥形表面。
13.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，容器的可熔化底板是一个单独件，附着至容器的侧壁。
14.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，容器的可熔化底板包括一个金属盘。
15.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，石墨箔具有一个厚度至少约10mils。
16.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，容器的侧壁和耐火材料是整体地制成耐火材料件。
17.按照权利要求16的坩埚组件，其特征在于，耐火材料包括石墨。
18.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，耐火材料包括石墨。
19.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，耐火材料是一个石墨箔。
20.按照权利要求19的坩埚组件，其特征在于，石墨箔具有一个厚度至少约10mils。
21.按照权利要求1的坩埚组件，还包括一个盖子，它覆盖容器的顶开口。
22.按照权利要求21的坩埚组件，其特征在于，盖子是一个镀金属的塑料薄膜。
23.按照权利要求22的坩埚组件，其特征在于，金属箔盖子是沿着顶开口的一个周边密封地附着至容器。
24.按照权利要求22的坩埚组件，其特征在于，镀金属的塑料薄膜包括一个镀铝的塑料薄膜。
25.按照权利要求22的坩埚组件，其特征在于，镀金属的塑料薄膜具有一个厚度由约0.5至约2mils。
26.按照权利要求22的坩埚组件，其特征在于，盖子构造为在焊接金属反应时破裂。
27.按照权利要求21的坩埚组件，其特征在于，点火器前进通过金属箔盖子和坩埚之间，从而允许点火器的一个外部分由坩埚凸起。
28.按照权利要求27的坩埚组件，其特征在于，点火器是固定至盖子。
29.按照权利要求28的坩埚组件，其特征在于，点火器是胶接至盖子。
30.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，点火器包括一个金属带，带有一个孔在其内，当一个电压施加至金属带时，工作以产生跨过孔的一个火花等离子体。
31.按照权利要求30的坩埚组件，其特征在于，金属带是一个金属箔带。
32.按照权利要求31的坩埚组件，其特征在于，金属箔带是一个铜带。
33.按照权利要求30的坩埚组件，其特征在于，金属带是一个第一金属带，以及还具有一个第二金属带，与第一金属带连接，并且使一个绝缘材料位于它们之间。
34.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，此孔前进通过绝缘层以及前进通过至少第二金属带。
35.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，此孔通常是锥形的。
36.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，此孔具有在第一金属带处的直径大于在第二金属带处的直径。
37.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，第一和第二金属带是用相同的金属制造的。
38.按照权利要求37的坩埚组件，其特征在于，第一和第二金属带是用铜制造的。
39.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，第一和第二金属带是用不同的金属制造的。
40.按照权利要求39的坩埚组件，其特征在于，第一金属带是用铜制造的。
41.按照权利要求40的坩埚组件，其特征在于，金属带是用钢制造的。
42.按照权利要求41的坩埚组件，其特征在于，第二金属带比第一金属带厚。
43.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，第二金属带是比第一金属带刚劲。
44.按照权利要求33的坩埚组件，其特征在于，第二金属带是比第一金属带强度更高。
45.按照权利要求30的坩埚组件，其特征在于，此孔产生的一个开口在任何断面上小于2mm。
46.按照权利要求1的坩埚组件，还具有一个过滤器，工作上连接至坩埚的一个顶开口。
47.按照权利要求46的坩埚组件，其特征在于，过滤器是在焊接金属材料和一个盖子之间，它覆盖坩埚的顶开口。
48.按照权利要求46的坩埚组件，其特征在于，过滤器连接至一个挡板，放置在坩埚的顶开口的上面。
49.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，焊接金属材料是一个放热材料，它包括一个还原金属和一个过渡金属氧化物。
50.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，焊接材料包括铝和氧化铜。
51.按照权利要求1的坩埚组件，其特征在于，坩埚组件具有一个平底板。
52.按照权利要求51的坩埚组件，其特征在于，平底板具有一个盘形。
53.按照权利要求52的坩埚组件，其特征在于，平底板是一个金属盘，用于当熔化时作为金属焊接材料的一部分。
54.按照权利要求1的坩埚组件，与一个模具相结合，具有一个舱室在其内用于形成一个焊缝在两个金属件之间。
55.按照权利要求1的坩埚组件，还包括一个保持器卡夹，固定至容器；其特征在于，保持器卡夹固定点火器相对于容器就位。
56.按照权利要求55的坩埚组件，其特征在于，保持器卡夹配合越过容器的一个顶开口。
57.按照权利要求56的坩埚组件，其特征在于，保持器卡夹是固定至容器的侧壁。
58.按照权利要求57的坩埚组件，其特征在于，保持器的侧部分是夹紧的。
59.按照权利要求55的坩埚组件，其特征在于，保持器卡夹具有一个缺口，在其中放置点火器。
60.按照权利要求55的坩埚组件，其特征在于，保持器卡夹是用不锈钢制造的。
61.焊接金属材料用的一个点火器，包括：
第一和第二金属带；以及
一个绝缘材料在第一和第二金属带之间；其特征在于，第一金属带具有一个孔在其内，当一个电压施加至第一金属带时工作以产生一个由孔发射的火花等离子体；以及其特征在于，第二带比第一带更刚劲。
62.按照权利要求61的点火器，其特征在于，第一金属带是一个金属箔带。
63.按照权利要求62的点火器，其特征在于，金属箔带是一个铜带。
64.按照权利要求61的点火器，其特征在于，孔前进通过绝缘材料和前进至少通过第二金属带。
65.按照权利要求61的点火器，其特征在于，此孔是基本上锥形的。
66.按照权利要求61的点火器，其特征在于，此孔具有在第一金属带处的直径大于在第二金属带处的直径。
67.按照权利要求61的点火器，其特征在于，第一和第二金属带是用相同的金属制造的。
68.按照权利要求67的点火器，其特征在于，第一和第二金属带是用铜制造的。
69.按照权利要求61的点火器，其特征在于，第一和第二金属带是用不同的金属制造的。
70.按照权利要求69的点火器，其特征在于，第一金属带是用铜制造的。
71.按照权利要求70的点火器，其特征在于，第二金属带是用钢制造的。
72.按照权利要求71的点火器，其特征在于，第二金属带比第一金属带厚。
73.按照权利要求61的点火器，其特征在于，此孔产生一个开口，在任何断面上小于2mm。
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