CN214990301U - 多晶硅硅芯焊接设备 - Google Patents

Abstract

一种多晶硅硅芯焊接设备。解决了现有射频焊接不可靠，容易损伤硅芯的问题。它包括高频焊接机、保护箱和和用于夹持待焊接件的夹持机构，所述的高频焊接机设有伸入保护箱内用于待焊接件焊接的焊接头，所述的夹持机构夹持待焊接件并使得待焊接件的待焊接部处于保护箱内，所述的焊接头上设有由焊接头加热用于待焊接件预热的预热组件。本实用新型的有益效果是，通过高频焊接机和预热组件的设置，可以对待焊接件进行焊接预热和高频感应加热，待焊接件面焊接部的外温差更小，整个焊接面完全处于熔融状态时融化高度也相对较小，焊接强度更高，导电性能也更强。本实用新型还具有结构简单，装配方便，动作可靠，使用寿命长等优点。

Description

多晶硅硅芯焊接设备

技术领域

本实用新型涉及一种多晶硅生产领域，具体涉及一种多晶硅硅芯焊接设备。

背景技术

目前，改良西门子法是多晶硅材料制备的主流生产方法，主要通过含硅气体在还原炉内的多晶硅基体表面反应沉积生产多晶硅。而硅芯则通过夹持装置均匀分布于还原炉地盘上，每两根硅芯通过顶部的横梁部分形成导电回路，多对硅芯通过底盘的电极导电后发热至气体反应温度，使得还原炉内部的气体在硅芯表面反应生成多晶硅并富集在硅芯表面，实现硅芯的生长，从而生产多晶硅材料。

采用上述方法生产出的单根硅芯是一个整体，一般为8-15mm直径的圆柱形硅芯或者相应边长的方形硅芯。但随着多晶硅生产技术的不断发展，还原炉从径向及高度方面不断增长，衍生出超4m高度的大型还原炉，相应的硅芯高度也要求达到3m甚至更高。在硅芯生产制备过程中，硅芯高度需要统一，因此须对硅心进行裁切，但由于受应力、刀具、卡具等因素的影响，硅芯断裂难免发生，使硅心的长度达不到还原炉的使用要求，无法使用。因此，如何将断裂的硅芯进行合理的再次利用，如何延长硅芯，提高生产效益，成为硅芯生产乃至多晶硅生产的难题，对硅芯焊接的研究刻不容缓。

目前，对断裂的硅芯比较常用的处理方法为熔接，熔接是使用激光射频的方式使得待焊接硅芯溶解，射频因为频率够高，加热时的加热层很薄，要完全让硅芯的中心熔化，需要增加加热时间，这样外面的熔化区的高度就越来越高，只有这样才能确保中心不是虚焊，而其在向里面加热的同时热量也向上、下传递，因此加热到硅芯内部让其融化时，温度会很高且上下无需熔接部分的分子也会被破坏。

实用新型内容

为解决背景技术中现有射频焊接不可靠，容易损伤硅芯的问题，本实用新型提供一种多晶硅硅芯焊接设备。

本实用新型的技术方案是：一种多晶硅硅芯焊接设备，包括高频焊接机、保护箱和和用于夹持待焊接件的夹持机构，所述的高频焊接机设有伸入保护箱内用于待焊接件焊接的焊接头，所述的夹持机构夹持待焊接件并使得待焊接件的待焊接部处于保护箱内，所述的焊接头上设有由焊接头加热用于待焊接件预热的预热组件。

作为本实用新型的进一步改进，所述的预热组件包括预热件，所述的焊接头通过高频感应磁场加热预热件并通过预热件对待焊接件预热。

作为本实用新型的进一步改进，所述的预热件上设有供焊接头产生的高频感应磁场穿过的多个开口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的预热组件包括绝缘件，所述的预热件套设于绝缘件内。

作为本实用新型的进一步改进，所述的焊接头上设有安装孔，所述的绝缘件套设于安装孔内。

作为本实用新型的进一步改进，所述的预热件穿过焊接头的安装孔且焊接头设于预热件开口的中部处。

作为本实用新型的进一步改进，所述的保护箱上设有用于保护气进气的第一接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的保护箱上设有用于备用气源进气的第二接口和用于排气的第三接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述的保护箱包括壳体和观察窗，所述的壳体和观察窗相互配合形成密腔，所述的密封腔内设有设有用于监测的测温仪。

作为本实用新型的进一步改进，所述的夹持机构包括第一夹持组件和第二夹持组件，所述的第一夹持组件包括用于夹持待焊接件的第一夹持件、第一滑台和第一动力源，所述的第一动力源与第一夹持件相连接并驱动第一夹持件相对第一滑台滑移，所述的第二夹持组件包括用于夹持待焊接件的第二夹持件、第二滑台和第二动力源，所述的第二动力源与第二夹持件相连接并驱动第二夹持件相对第二滑台滑移，所述的第一夹持件上设有用于夹持待焊接件的第一夹持孔，所述的第二夹持件上设有用于夹持待焊接件的第二夹持孔，所述的第一夹持孔的中心和第二夹持孔的中心同轴设置。

本实用新型的有益效果是，通过高频焊接机和预热组件的设置，可以对待焊接件进行焊接预热和高频感应加热，待焊接件面焊接部的外温差更小，整个焊接面完全处于熔融状态时融化高度也相对较小，焊接强度更高，导电性能也更强。本实用新型还具有结构简单，装配方便，动作可靠，使用寿命长等优点。

附图说明

附图1为本实用新型实施例的结构示意图。

附图2为本实用新型实施例另一方向的结构示意图。

附图3为附图2中焊接头11处的爆炸结构示意图。

附图4为附图2中I处的放大结构示意图。

附图5为本实用新型实施例工作时的结构示意图。

图中，1、高频焊接机；11、焊接头；111、安装孔；112、感应加热圈；113、高频变压器；2、保护箱；21、第一接口；22、第二接口；23、第三接口；24、壳体；25、观察窗；26、密封腔；27、测温仪；3、夹持机构；31、第一夹持组件；311、第一夹持件；312、第一滑台；313、第一动力源；314、第一夹持孔；32、第二夹持组件；321、第二夹持件；322、第二滑台；323、第二动力源；324、第二夹持孔；4、预热组件；41、预热件；411、开口；42、绝缘件；5、待焊接件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明：

由图1结合图2-5所示，一种多晶硅硅芯焊接设备，包括高频焊接机1、保护箱2和和用于夹持待焊接件的夹持机构3，所述的高频焊接机1设有伸入保护箱2内用于待焊接件焊接的焊接头11，所述的夹持机构3夹持待焊接件并使得待焊接件的待焊接部处于保护箱2内，所述的焊接头11上设有由焊接头11加热用于待焊接件预热的预热组件4。本实用新型的有益效果是，通过高频焊接机和预热组件的设置，可以对待焊接件进行焊接预热和高频感应加热，待焊接件面焊接部的外温差更小，整个焊接面完全处于熔融状态时融化高度也相对较小，焊接强度更高，导电性能也更强。本实用新型还具有结构简单，装配方便，动作可靠，使用寿命长等优点。具体的说，所述的焊接头为感应线圈焊接头。更具体的说，所述的焊接头11包括感应加热圈112和高频变压器113。具体的说，感应加热圈（感应线圈）本身不产生热量，其只产生高频磁场，在这个线圈里的具有磁特性的产品在磁场的作用下自身分子运动产生热量（如预热件），这种热量的产生是由外而内一层层推进，而且频率越高，产生的热量层越薄。感应线圈首先是感应加热预热件，被加热后形成高温预热件再对硅芯烘烤（热辐射），避免采用射频激光（（频率超高，频率是我们的10倍）焊接。当硅芯温度达到居里点之后，硅芯自身具有感应加热特性，部分感应磁场从预热件的开口进入对硅芯直接感应加热，同时磁场会对熔化的硅液产生磁悬浮作用而不会滴落，洛仑磁力对液态硅有搅拌作用，上下液态硅完全熔为一体，实现冶金结合。当然通常感应线圈是设有一层类似石棉的保护材料防止冷凝水直接生成。本实用新型主要针对目前市场上硅芯断裂不易修复的缺点而研发，也适用于一些大型多晶硅还原炉硅芯的加长焊接。

所述的预热组件4包括预热件41，所述的焊接头11通过高频感应磁场加热预热件41并通过预热件41对待焊接件预热。具体的说，预热件起到越热的作用。具体的说，预热件可以为石墨，当然在实际生产过程中，也可以用能被感应加热，高熔点，纯度高，与硅无化学反应的任何材质，比如：高纯钼等材料制成预热套。

所述的预热件41上设有供焊接头11产生的高频感应磁场穿过的多个开口411。本实用新型设置四个开口，四个开口周向均布于预热件的周向上，当然开关数量也可以为一个、两个、三个、五个等。开口呈“I”型设置，当然在实际生产过程中也可以设置不同的开口形状。因石墨套周边有”丨“型开口，不具备磁场屏蔽作用，所以当预热达到一定温度，硅芯具备自感应特性，高频磁场穿过石墨，直接对硅芯感应加热。由于磁悬浮特性，当硅芯焊接面处于熔融状态时不会滴落，而会悬浮于两硅芯连接面，同时液态硅溶液在洛伦兹力的搅拌下翻滚，上下硅芯融化面分子间完全混合，待温度降低，液态硅凝固，就可实现完全意义上的冶金结合，焊接处导电率和强度和母材接近。因采用的是辐射热和高频感应加热同时进行的方式，所以与激光或射频等其他焊接相比，硅芯焊接面里外温差更小，整个焊接面完全处于熔融状态时融化高度也相对较小，焊接强度更高。导电性能也更强。

所述的预热组件4包括绝缘件42，所述的预热件41套设于绝缘件42内。具体的说，所述的焊接头11上设有安装孔111，所述的绝缘件42套设于安装孔111内。更具体的说，所述的预热件41穿过焊接头11的安装孔111且焊接头11设于预热件41开口411的中部处。更具体的说，所述的绝缘件设有法兰部可以放于焊接头安装孔上方，绝缘件其他部分可以穿过安装孔。预热件设有边沿，该边沿设于绝缘件法兰部的上方其他部件穿过安装孔设置。具体的说，绝缘件为石英管。石英管作用：1.支撑石墨；2.缓冲高温石墨与感应线圈之间的温差而产生冷凝水；3.绝缘，防止石墨与感应线圈打火；4.保温；5.在底部通入保护气体。当然石英管也可以用其他任何耐高温，无污染，绝缘不导磁的材质替代，比如高温陶瓷等。焊接头11设于预热件41开口411的中部处，石墨预热件设计长度上下均长出感应线圈40毫米（当然具体可以根据需要进行调整）左右，石墨处于感应圈内部分温度最高，而两端温度曲线下降，在整个焊接的过程中，石墨对硅芯起到预热、保温的作用，且温度向两端曲线下降延伸，不会出现因升，降温温差太大，而断裂的情况。

所述的保护箱2上设有用于保护气进气的第一接口21。具体的说，所述的保护箱2上设有用于备用气源进气的第二接口22和用于排气的第三接口23。更具体的说，所述的保护箱2包括壳体24和观察窗25，所述的壳体24和观察窗25相互配合形成密封腔26，所述的密封腔26内设有设有用于监测的测温仪27。具体的说，所述的测温仪为高精度红外线测温仪。在多晶硅还原中，一般是10多条一组，如果其中一条出现问题坍塌，其他全部都将受影响，甚至全炉报废，所以，本设备采用全数字智能型高频感应加热电源，配合高精度红外线测温仪，对焊接温度精准控制，预热---焊接----保温，全自动完成，确保同一型号产品，焊接数据完全一致。

所述的夹持机构3包括第一夹持组件31和第二夹持组件32，所述的第一夹持组件31包括用于夹持待焊接件的第一夹持件311、第一滑台312和第一动力源313，所述的第一动力源313与第一夹持件311相连接并驱动第一夹持件311相对第一滑台312滑移，所述的第二夹持组件32包括用于夹持待焊接件的第二夹持件321、第二滑台322和第二动力源323，所述的第二动力源323与第二夹持件321相连接并驱动第二夹持件321相对第二滑台322滑移，所述的第一夹持件311上设有用于夹持待焊接件的第一夹持孔314，所述的第二夹持件321上设有用于夹持待焊接件的第二夹持孔324，所述的第一夹持孔314的中心和第二夹持孔324的中心同轴设置。上下两硅芯焊接后同心度和垂直度是产品是否合格的关键数据之一，如果焊接后同心度无发保证，后期多晶硅还原将增加倒塌的风险，为解决这一问题，第一、第二滑台，第一夹持件和第二夹持件等采用现代高精密加工和装配工艺，确保上下中心在同一条直线上。关于同心度调整，采用高精度大行程直线滑台，在调试时用整根校直的金属棒材模拟焊接好的硅芯夹在上下固定夹头上来回移动直到顺滑无卡顿，来确保硅芯中心在一条直线上，关于水平位置调整：在焊接箱外面的左右和前后分别安装两个水平尺，确保前后，左右水平。在本实用新型中，具有的第一夹持件可以有气缸或其他驱动元件控制其开合，在第一夹持件形成第一夹持孔的周向上设置缓冲件如聚四氟片，避免损伤待焊接硅芯。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本实用新型已按照上述具体实施方式做了描述，但是本实用新型的实用新型思想并不仅限于此实用新型，任何运用本实用新型思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (10)

1.一种多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于:包括高频焊接机（1）、保护箱（2）和和用于夹持待焊接件的夹持机构（3），所述的高频焊接机（1）设有伸入保护箱（2）内用于待焊接件焊接的焊接头（11），所述的夹持机构（3）夹持待焊接件并使得待焊接件的待焊接部处于保护箱（2）内，所述的焊接头（11）上设有由焊接头（11）加热用于待焊接件预热的预热组件（4）。

2.根据权利要求1所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的预热组件（4）包括预热件（41），所述的焊接头（11）通过高频感应磁场加热预热件（41）并通过预热件（41）对待焊接件预热。

3.根据权利要求2所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的预热件（41）上设有供焊接头（11）产生的高频感应磁场穿过的多个开口（411）。

4.根据权利要求3所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的预热组件（4）包括绝缘件（42），所述的预热件（41）套设于绝缘件（42）内。

5.根据权利要求4所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的焊接头（11）上设有安装孔（111），所述的绝缘件（42）套设于安装孔（111）内。

6.根据权利要求5所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的预热件（41）穿过焊接头（11）的安装孔（111）且焊接头（11）设于预热件（41）开口（411）的中部处。

7.根据权利要求1所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的保护箱（2）上设有用于保护气进气的第一接口（21）。

8.根据权利要求7所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的保护箱（2）上设有用于备用气源进气的第二接口（22）和用于排气的第三接口（23）。

9.根据权利要求1所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的保护箱（2）包括壳体（24）和观察窗（25），所述的壳体（24）和观察窗（25）相互配合形成密封腔（26），所述的密封腔（26）内设有设有用于监测的测温仪（27）。

10.根据权利要求1所述的多晶硅硅芯焊接设备，其特征在于所述的夹持机构（3）包括第一夹持组件（31）和第二夹持组件（32），所述的第一夹持组件（31）包括用于夹持待焊接件的第一夹持件（311）、第一滑台（312）和第一动力源（313），所述的第一动力源（313）与第一夹持件（311）相连接并驱动第一夹持件（311）相对第一滑台（312）滑移，所述的第二夹持组件（32）包括用于夹持待焊接件的第二夹持件（321）、第二滑台（322）和第二动力源（323），所述的第二动力源（323）与第二夹持件（321）相连接并驱动第二夹持件（321）相对第二滑台（322）滑移，所述的第一夹持件（311）上设有用于夹持待焊接件的第一夹持孔（314），所述的第二夹持件（321）上设有用于夹持待焊接件的第二夹持孔（324），所述的第一夹持孔（314）的中心和第二夹持孔（324）的中心同轴设置。

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