专利名称：放热焊接模具组件的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及用于形成导体对导体的焊接接头的焊接组件，更具体地说，涉及可以放热地生成更简单和有效的焊接电气接头的一次性使用的焊接模具。
背景技术：
放热焊接(exothermic weld)组件可以用于连接两个或更多个导体，例如将电线连接于接地杆或加强杆等。长期以来，已经认识到放热焊接可以在两个或更多个导体之间形成极佳的电气连接。放热焊接提供低电阻、高载流量以及长时间的、可靠的接地连接。
传统的放热焊接组件通常在其顶部具有一坩埚，这个坩埚通过一从坩埚底部延伸的放液孔流体连通于一位于坩埚下方的模具部分。坩埚包括一用于容纳一些放热材料的空腔。模具部分具有一焊接腔，需焊接在一起的导体的端部被插入该焊接腔。可以将坩埚和模具设计成一单个单元或两个单独的单元，并且各单元可以是用后即弃的或者是可重复使用的。
将坩埚内的放热材料点燃以发生化学反应，这通常是在几秒钟内完成的，可以形成熔融的金属。液态金属从坩埚部分流入模具部分的焊接腔，在那里包封住导体的端部，使导体端部熔化从而焊接起来。
需焊接的导体端部是通过引导孔被插入焊接腔中的，所述引导孔将焊接腔连通于焊接组件的外侧。通常，这些引导孔是通过在焊接组件的模具上钻设通入焊接腔的孔而形成的。按照不同的应用场合和需连接的导体数量，可以钻设多个引导孔。随后，将需要焊接起来的导体通过各引导孔插入焊接腔。美国专利3.020,068(’608专利)和5,715,886(’886专利)揭示了此类放热焊接模具，这两个专利的内容可援引在此以作参考。
传统的模具是用后即弃的、一次性使用的单元，它们大致为圆形结构，因此具有一个弯曲的外表面。这种传统的焊接模具组件的一个问题是，很难在焊接组件的圆形表面上(如’886专利所揭示的那样)钻设通向焊接腔的所需孔。此外，很难在具有弯曲表面的焊接组件上精确地、有效地钻设多个孔。因此，传统的焊接组件还不能完全让人满意。
因此，希望提供一种放热焊接组件，该组件具有一平的外表面，可允许简单地、精确地和高效地钻孔。
发明内容
一种用于形成导体对导体的焊接接头的放热焊接模具组件，最好具有一八边形本体，因而允许在平的表面上进行垂直的钻孔，从而能更方便和有效地形成导线孔。此外，平的表面可以更方便和有效地定位在用于次级作业的夹具中。
根据本发明的一个实施例，提供了一种放热型一次性焊接模具组件，包括一坩埚部分，该坩埚部分包括一反应腔。一模具部分具有一连通于所述反应腔的焊接腔。该模具部分包括多个平的外表面，其中至少两个外表面均具有一穿过外表面并连通于所述焊接腔的孔。在该组件中，是将坩埚部分和模具部分设计成一个单元，它们永久的连接，并在使用之后丢弃。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种放热焊接模具组件，该组件包括一可重复使用的坩埚，所述坩埚具有一反应腔。坩埚部分具有一敞开的顶部，用于将一放热材料接纳在所述反应腔中。还包括一个一次性模具，该模具具有多个平的外表面、一顶部和一底部。一焊接腔位于模具的顶部和底部之间。所述焊接腔具有一敞开于模具顶部的开口，该开口连通于所述反应腔。一孔延伸穿过至少两个平的外表面并连通于焊接腔。此外，在所述至少两个孔中设置有一导体，导体的端部伸入所述焊接腔。在该组件中，是将坩埚部分和模具部分设计成单独的、临时连接的两个单元，其中坩埚部分可以重复使用，而模具部分在用后丢弃。
附图简要说明
图1是根据本发明较佳实施例的放热焊接组件的侧视图；图2是示出图1所示放热焊接组件的内部的剖视图，其中设置有需焊接的导体
图3是图1所示放热焊接组件的俯视平面图；图4是图1所示放热焊接组件的仰视平面图；图5是根据本发明另一实施例的放热焊接模具的剖视图。
较佳实施例的详细描述图1示出了根据本发明较佳实施例的放热焊接组件的外表面的侧视图。图中示出了一个焊接组件10，该组件具有一垂直的、平的外表面40，该外表面具有一垂直于它的钻设的孔33，孔30的形成更加方便、精确和高效。
在图2中，示出了本发明的放热焊接组件内部的剖视图。具体地说，图2示出了一可用于多个导体之间，例如在接地杆和电线之间形成焊接头的用后即弃型放热焊接组件10。在该较佳实施例中，焊接组件10是一个完整的组件，包括放热焊接所需的除火石点火器(flint igniter)以外的所有物件。焊接组件10具有两个主要部分一位于顶部的坩埚12和一位于坩埚12正下方并与坩埚连通的模具14。
坩埚12包括一大致为U形的、带有一敞开顶部16的反应腔15。可以用一个盖子(未图示)封闭反应腔15的敞开顶部16。反应腔15的底面具有挡塞19。坩埚12还具有一向下突伸的喷嘴17，喷嘴17包括一围绕喷嘴17的、座落在模具顶部22上的锥形肩部18。在此方式下，如图2所示，坩埚12由模具14支承在其直立位置上。
图2中的模具14最好是一个位于坩埚12下方的耐火的、易碎的模具。模具14包括多个平的外表面，外表面上钻有垂直于外表面(未图示)的引导孔33和34。如图2所示，对中定位的焊接腔30通过引导孔33和34连通于模具14的外侧。模具14还包括一位于焊接腔30正上方的模具顶部22和一模具底部32。在该较佳实施例中，在插入导体之间，在孔33和34中装配有中空引导套管36和37。可以构思的是，也可以在将引导套管插入模具14之前，先将它们插到导体上，或者根本不用引导套管。模具14可以包括从焊接腔30向外伸出的多个引导孔和中空引导套管。需连接的导体38和39通过引导套管36和37进入模具组件，导体的端部伸入焊接腔30。
如图2所示，喷嘴17从反应腔15向下伸入模具顶部22。反应腔15通过垂直延伸的放液孔24可连通地连接于焊接室30。坩埚部分12中的反应腔15包括适当数量的放热材料42，挡塞19阻止它们进入放液孔24。可以在放热材料的顶部设置点火粉末(starting powder)。较佳的是采用一火石枪(未图示)来点燃放热材料42。当反应腔15中的放热材料被点燃时，它们发生反应，产生熔融金属，熔融金属流过放液孔24进入焊接腔30，将位于焊接腔中的导体端部熔化，从而在导体之间形成一个高载流、低电阻的电气接头。
在焊接完成之后，焊接组件10可以留在原位，或者将其从焊接好的导体38和39上剥除。因此，图2中的焊接组件10是设计成用后即弃的，坩埚和模具是设计成一个单元，它们永久的连接并在使用之后被丢弃。
如图3和4所示，焊接组件是成形为具有多个平的、垂直的外表面40。较佳的是，设置有至少两个平的表面以接纳两个导体。在平的表面40上钻孔要比在弯曲表面上钻孔容易得多。可以构思的是，本发明的模具具有多个平的表面，从而允许在焊接组件上更简单、高效地钻设多个孔。此外，本发明的焊接组件可以使各孔更好、更精确地定位。此外，可靠和有效的钻孔可确保将引导套管牢靠地插入各孔中，从而能避免熔融的金属从孔中泄漏出来。模具可以采用的外表面形状包括三角形、方形、七边形、六边形、八边形等。在该较佳实施例中，如图3和4所示，焊接组件10是八边形的。
较佳的是，中空引导套管的内径是选择成大于和模具一起使用的最大导体或电线的直径。例如，一单个类型或尺寸的模具可以适合于具有各种尺寸的导体。引导套管可以上任何适当的金属，包括但不限于铜、铝或钢。
以上已经结合特定的较佳实施例对本发明进行了图示和描述，但本发明还可以有其它不同的实施例。例如，本发明可以有这样的构思，即，以一次性使用的用后即弃型模具与一可重复使用的坩埚相结合。图5示出了本发明的这样一个实施例，其中，在放热焊接组件110中，一带有多个平面的模具114连接于一可重复使用的坩埚组件112，例如授予Fuchs的美国专利5,715,886中所揭示的坩埚。坩埚组件112包括一敞开的坩埚顶部116，并最好有一个坩埚盖121。坩埚112还包括一大致为U形的反应腔115，其中具有适当数量的放热材料142。此外，坩埚112具有一放热材料挡塞或喷嘴117，它可以防止材料进入放液孔124。
图5中的模具114通过放液孔124连通于可重复使用的坩埚112。喷嘴117具有通向模具顶部122的凸肩118。在该实施例中，模具114是一个一次性使用的用后即弃型耐火易碎模具，它垂直地分开，最好是形成一个敞开于模具侧部和顶部的焊接腔130。模具114还包括一模具顶部122、一底部132、以及垂直于平的外表面钻设的引导孔133和134。引导孔133和134中装配有引导套管136和137，引导套管从焊接腔130向两侧伸出。导体138和139被插入到引导套管136和137中，导体138和139的端部从两侧伸入焊接腔130。
在焊接完成之后，将坩埚移去，进行清洁和装料以备再次使用。此时，可以将模具留在原位或将其剥除。因此，在图5所示的放热焊接组件110中，是将坩埚112和模具114设计成两个临时连接的单元，坩埚112可以重复使用，而模具114则在使用后丢弃。
图2所示的用后即弃型焊接组件10和图5所示的模具部分114是用易碎的耐火材料制作的，不打算重新使用。易碎的耐火材料体可以用各种材料形成，包括耐火(fired)粘土、砂模，化合的煅烧白云石、石墨模，玻璃，等等。较佳的是，放热焊接组件包括石墨或陶瓷材料。砂模可以用各种方式形成，如铸造厂砂模或模芯工艺一样。这些可以包括各种粘结体系，包括非烘焙的、热固的和冷芯盒粘结体系。在非烘焙和冷芯盒工艺中，粘结剂在室温下固化。可以采用一些对温度敏感的、可以指示正确焊接状况的材料。
放热焊接材料通常是一种反应物的混合物，其中包括还原剂、由还原剂放热还原的金属化合物、以及不与金属化合物起反应的填充金属，如授予Bronan等人的美国专利5,062,903所揭示的那样。在金属化合物与还原剂进行放热反应时，会产生热量、金属氧化残渣、析出气体、以及熔融的焊接金属。
还原剂可以选自于由铝、镁、锌和等价金属所构成的材料组，相对于金属和需还原的金属化合物之间的反应产物而言，这些材料所形成的化合物具有很高的热动力学热量。
金属化合物通常可以选自于由硫酸镁(MgSO4)、硫酸钙(CaSO4)、硫酸钡(BaSO4)氟化物和等价的原料所构成的材料组，它们在被还原时献出一种或更多种元素，从而放热地与还原剂形成一化合物。较佳的是，金属化合物是以无水的形式来加以利用的，所有在反应物在使用之前都不会和水分接触。沾染水分会抑制放热反应。
本发明中的填充金属可以是任何适用于焊接加工的金属。由于是应用于导电场合，因而特别是可以将铝和铜分别用作为焊接铝或铜制品的填充金属。
反应物的混合物可以另外包括一助熔剂(flux)，以降低混合物和产品的熔点。常用的助熔剂包括氟化钙(CaF2)、氟化镁(MgF2)、冰晶石(Na3AlF6)和例如碱性化合物(特别是碱金属硅酸盐和氟硅酸盐)之类的其它物质。助熔剂可以用来降低熔点和提高反应产物(即“焊渣”)的流动性，从而使熔融的填充金属能可靠地与焊渣分离并流入模腔。
虽然上面已经结合几个较佳的实施例对本发明进行了描述，但应该理解，熟悉本领域的技术人员应该可以作出各种变化而不偏离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和保护范围。
权利要求
1.一种放热型一次性焊接模具组件，包括一坩埚部分，该坩埚部分包括一反应腔；以及一模具部分，该模具部分具有一连通于所述反应腔的焊接腔，所述模具部分包括多个平的外表面，其中至少两个外表面均具有一延伸穿过外表面并连通于所述焊接腔的孔。
2.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述反应腔包括一敞开的顶部，用于接纳一放热材料。
3.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述反应腔包括一挡塞，用于防止放热材料进入焊接腔。
4.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述模具部分包括一模具顶部。
5.如权利要求4所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述坩埚部分还包括一喷嘴，该喷嘴从所述反应腔向下延伸至所述模具顶部。
6.如权利要求5所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述喷嘴包括一通向所述模具顶部的锥形肩部。
7.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，在所述的每个孔中设置有一中空引导套管，该引导套管从所述焊接腔向外伸出。
8.如权利要求7所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，在所述模具部分设置有多个导体，这些导体穿过引导套筒，各导体的端部伸入所述焊接腔。
9.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述模具部分的平的表面可允许在焊接模具组件上钻孔。
10.如权利要求1所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述组件是用易碎的耐火材料制成的。
11.如权利要求10所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述易碎的耐火材料包括石墨。
12.如权利要求11所述的放热型一次性焊接模具组件，其特征在于，所述易碎耐火材料包括陶瓷。
13.一种放热焊接模具组件，包括一可重复使用的坩埚，该坩埚具有一反应腔，反应腔具有一敞开的顶部，用于将一放热材料接纳在所述反应腔中；一个一次性模具，该模具具有多个平的外表面、一顶部和一底部、以及一位于顶部和底部之间的焊接腔，所述焊接腔在顶部敞开从而连通于所述反应腔；一延伸穿过至少两个所述平的外表面并连通于所述焊接腔的孔；以及一设置在所述至少两个孔中的导体，导体的端部伸入所述焊接腔。
14.如权利要求13所述的放热焊接模具组件，其特征在于，所述焊接腔和反应腔通过一放液孔相互连通。
15.如权利要求14所述的放热焊接模具组件，其特征在于，所述反应腔包括一喷嘴，该喷嘴具有用于防止放热材料进入放液孔的凸肩。
16.如权利要求13所述的放热焊接模具组件，其特征在于，在所述每个孔中均设置有一中空引导套管，该引导套管从所述焊接腔朝外伸出。
17.如权利要求13所述的放热焊接模具组件，其特征在于，所述模具是用易碎耐火材料制成的。
全文摘要
一用于形成导体对导体焊接接头的放热焊接模具组件。该放热焊接模具组件包括:一坩埚部分,该坩埚部分具有一接纳放热材料的U形反应腔;以及一模具部分,该模具部分具有多个平的垂直外表面,其中钻设有垂直于这些表面的孔。一焊接腔对中地位于所述模具内,该焊接腔和反应腔通过一垂直延伸的放液孔相互连通。各孔中装配有引导套筒,这些引导套筒从所述焊接腔向外伸出。需焊接的导体通过引导套管插入所述焊接腔。
文档编号B23K23/00GK1369353SQ0210345
公开日2002年9月18日 申请日期2002年2月1日 优先权日2001年2月1日
发明者G·特里安托普洛斯, D·亨德森, J·伍德沃德 申请人:托马斯及贝茨国际股份有限公司