专利名称：使用火焰和检测火焰颜色进行铜焊铝工件的方法和系统的制作方法
技术领域：
本文公开的主旨涉及工件的铜焊，且更明确地说，涉及一种用于铜焊铝工件的方法和系统。
背景技术：
铜焊用来通过加热工件的接合处(例如通过喷枪)并且一旦工件已经达到合适温度就施加填料到接合处来接合金属工件。填料熔化到接合处中，且当冷却时在工件之间建立机械附接。当用某些材料工作时，在铜焊期间控制热量会具备挑战性。在铝铜焊时，难以知道工件何时是足够热来施加填料，这是因为铝工件在受热时不会经受颜色变化。通常，操作者会熔化并且破坏工件，因为工件过热且熔化接合处。铜焊温度可与工件的熔化温度仅相差100度至200度，使操作者在铜焊铝时几乎不能犯错。这样，在本领域中将充分接受铜焊铝的改良方案。
发明概要根据本发明的一个方面，一种铜焊具有在接合处耦合的至少两个铝工件的总成的方法包括:施加火焰到所述铝工件的所述接合处；监测火焰颜色；和在检测到火焰颜色变化时维持所述接合处的温度。根据本发明的另一方面，一种用于铜焊具有在接合处耦合的至少两个铝工件的总成的系统包括:火焰单元，其用于施加火焰到耦合所述铝工件的所述接合处；光学检测单元，其用于监测所述火焰；用于控制所述火焰与所述总成之间的相对位置的机器；和控制器，其耦合至所述火焰单元和所述机器，所述控制器响应所述光学检测单元来控制火焰强度和所述火焰与所述总成的相对位置的至少一个。将结合附图从下文描述更显而易知这些和其它优点以及特征。附图简述在说明书结论处的权利要求书中明确指出并且清楚地要求被认为是本发明的主旨。将结合附图从下文详细描述中显而易知本发明的前述和其它特征以及优点，其中:
图1图示了示例性实施方案中的工件的铜焊；图2是示例性实施方案中的工件的铜焊过程的流程图；图3图不了不例性实施方案中的自动铜焊系统；和图4图不了另一不例性实施方案中的自动铜焊系统。详细的描述通过参考附图举实例解释了本发明的实施方案以及优点和特征。
具体实施例方式图1图示了示例性实施方案中的工件的铜焊。如图1中所示，总成包括通过铜焊接合的工件10和12。工件10可为铝热交换体且工件12可为铝u形装配件。火焰20被施加到工件10和12的接合处直到所述接合处达到足以熔化填充材料的热度。火焰20的源可以是使用已知燃料种类(例如，丙烷、氧乙炔、丙烯、天然气、MAPP、氢、LP、乙炔)的喷枪。燃料种类可以是任何燃料-空气/氧气组合，其产生蓝色型火焰，以便如本文所述在用于铝时产生颜色变化。一旦达到合适温度，填充材料22就被施加到所述接合处。或者，填充材料可以呈环、线、薄片或膏体预先组装到接合处中。填充材料熔化到工件10与工件12之间的接合处中，且一旦冷却就固定工件10和12。在施加热量之前可将焊剂施加到所述接合处，或者填充材料22可包含焊剂涂层或芯体。图2是用于铜焊铝工件以防止工件的过热和破坏的过程的流程图。所述过程开始于100，其中工件组装在接合处，诸如图1的工件10与工件12之间的接合处。在102中，通过施加火焰到接合处来将热量施加到所述接合处。在104中，监测火焰的颜色来检测颜色变化。最初，火焰颜色是蓝绿色。随着铝受热，铝工件周围的火焰的吸收光谱改变以吸收火焰的更多蓝绿色。这由使用者观察到是火焰颜色改变成红橙色。如果在104中未观察到火焰颜色变化，那么所述过程回到102并且继续到在104中检测到火焰颜色变化为止。一旦检测到火焰颜色变化，流程就进入到106，其中维持接合处的温度但不提高。这可通过物理移动喷枪使其更远离接合处或降低火焰的强度(例如通过调整喷枪上的旋钮)来执行。颜色变化表明铝工件处于足以熔化填料的温度。在106中降低热量防止接合处的过热并且防止损坏工件，但仍使接合处维持在足以熔化填充材料的温度。在这个阶段，填料可在108中被施加到接合处。图3描绘示例性实施方案中的自动铜焊系统。所述系统包括机器200，其呈用于传输总成202的传送带的形式。总成202包括填充材料(例如环、线、薄片或膏体)，其定位在两个铝工件之间的接合处。火焰单元204施加火焰到所述总成以将接合处加热到熔化填充材料的温度。光学检测单元206监测所述火焰并且提供输出至控制器208。光学检测单元206可以是产生图像的相机或产生火焰光谱的光谱仪。光学检测单元206的输出被提供到控制器208。控制器208处理来自光学检测单元206的输出以控制传送带200和/或火焰单元204。控制器208可以是基于通用微处理器的控制器，其响应存储在电脑可读存储媒体中的指令来执行本文所述的处理。如果光学检测单元206是相机，那么控制器208使用图像处理来检测从蓝绿到红橙的颜色改变。举例而言，来自图像中的像素的像素值(例如RGB、HSL、HSV, HSI)可以与已知红橙像素值进行比较来检测颜色改变。如果光学检测单元206是光谱仪，那么控制器可检测与红橙波长互补的已知波长强度的降低，所述降低作为强度的绝对测量或在不会发生吸收作用的情况下相对于光谱带进行测量。控制器208响应光学检测单元206的输出而提供控制信号到传送带200和/或火焰单元204。如果在预定时间量内未发生颜色改变，那么控制器208会通过减慢传送带200来调整火焰与总成202之间的相对位置。此外，控制器208可提高来自火焰单元204的火焰强度。一旦由控制器208检测到颜色变化，控制器208就会提高传送带200的速度来调整火焰与总成202之间的相对位置和/或降低来自火焰单元204的火焰强度。这维持了接合处的温度。颜色变化表明总成202已经达到合适温度来熔化填充材料。降低热量防止接合处过热并且防止损坏工件，同时仍使所述接合处维持在足以熔化填充材料的温度。这样，控制器208防止对铝总成202造成损坏。图4描绘示例性实施方案中的自动铜焊系统。将被铜焊的总成250包括如上所述在接合处连接的两个铝工件。第一机器252包括火焰单元253，其产生将被施加到总成250的火焰。火焰单元253可被电子地控制以调整火焰强度。机器252可以是机械臂，或能够电子地三维控制运动的其它装置。机器254操作填充材料255 (例如填充材料棒)以将填充材料255放置在接合处。机器254可以是机械臂，或能够电子地三维控制运动的其它装置。在替代实施方案中，接合处用填充材料预先封装，且不使用机器254。光学检测单元256监测火焰且提供输出给控制器258。学检测单元256可以是产生图像的相机或产生火焰光谱的光谱仪。控制器258处理来自光学检测单元256的输出以控制机器252和254。如果光学检测单元256是相机，那么控制器258使用图像处理来检测从蓝绿到红橙的颜色改变。举例而言，来自图像中的像素的像素值(例如RGB、HSL、HSV、HSI)可以与已知红橙像素值进行比较来检测颜色改变。如果光学检测单元256是光谱仪，那么控制器258可检测与红橙波长互补的已知波长强度的降低，所述降低作为强度的绝对测量或在不会发生吸收作用的情况下相对于光谱带进行测量。控制器258响应来自光学检测单元256的输出而提供控制信号到机器252和254。如果在预定时间量内未发生颜色改变，那么控制器258可定位机器252以通过移动火焰使其靠近总成250来改变所述火焰与总成250之间的相对位置。控制器258还可提高火焰单元253产生的火焰强度。一旦由控制器258检测到颜色变化，那么控制器258维持接合处的温度。控制器258可通过移动火焰使其更远离总成252来改变所述火焰与总成250之间的相对位置。控制器258还可降低来自火焰单元253的火焰强度，因为颜色变化表明总成250已经达到合适温度来熔化填充材料。维持温度防止接合处过热并且防止损坏工件，但仍使所述接合处维持在足以熔化填充材料的温度。一旦检测到颜色改变，控制器258就命令机器254使填充材料与总成250上的接合处接触以执行铜焊。如上所述，如果用填充材料预先封装接合处，那么就不使用机器254。虽然已经仅结合有限数目的实施方案详细描述本发明，但应易于了解本发明不限于这些公开的实施方案。更确切地说，本发明可被修改以并入至此尚未描述但与本发明的精神和范围匹配的任何数目的变更方案、更改方案、替代方案或等效方案。此外，虽然已经描述本发明的各个实施方案，但应了解本发明的方面可仅包括上述实施方案中的一些。因此，本发明不被视为受限于前述描述，而是仅受限于附属权利要求的范围。
权利要求
1.一种铜焊具有在接合处耦合的至少两个铝工件的总成的方法，所述方法包括: 施加火焰到所述铝工件的所述接合处； 监测所述火焰颜色；和 在检测到所述火焰颜色变化时维持所述接合处的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括: 在检测到所述火焰颜色变化时，施加填充材料到所述接合处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中: 维持所述接合处的所述温度包括移动所述火焰远离所述总成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中: 维持所述接合处的所述温度包括降低所述火焰的强度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中: 检测所述火焰颜色变化包括检测从蓝绿到红橙的改变。
6.一种用于铜焊具有在接合处耦合的至少两个铝工件的总成的系统，所述系统包括: 火焰单元，其用于施加火焰到耦合所述铝工件的所述接合处； 光学检测单元，其用于监测所述火焰； 用于控制所述火焰与所述总成之间的相对位置的机器；和 控制器，其耦合至所述火焰单元和所述机器，所述控制器响应所述光学检测单元来控制火焰强度和所述火焰与所述总成的相对位置的至少一个。
7.根据权利要求6所述的系统，其中: 所述机器是将所述总成移动穿过所述火焰单元的传送带，所述控制器响应所述光学检测单元来调整所述传送带的速度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中: 所述控制器检测所述火焰的颜色变化。
9.根据权利要求8所述的系统，其中: 所述颜色变化从蓝绿色改变到红橙色。
10.根据权利要求9所述的系统，其中: 所述控制器在检测到所述颜色变化时提高所述传送带的所述速度。
11.根据权利要求9所述的系统，其中: 所述控制器在检测到所述颜色变化时降低所述火焰的所述强度。
12.根据权利要求6所述的系统，其中: 所述火焰单元安装到所述机器，所述控制器响应所述光学检测单元来控制所述机器以调整所述火焰单元的三维位置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中: 所述控制器检测所述火焰的颜色变化。
14.根据权利要求13所述的系统，其中: 所述颜色变化从蓝绿色改变到红橙色。
15.根据权利要求14所述的系统，其中: 所述控制器在检测到所述颜色变化时控制所述机器以增大所述火焰单元与所述总成之间的距离。
16.根据权利要求14所述的系统，其中: 所述控制器在检测到所述颜色变化时控制所述火焰单元以降低所述火焰的所述强度。
17.根据权利要求6所述的系统，其中: 所述光学检测单元是相机。
18.根据权利要求17所述的系统，其中: 所述控制器通过比较所述光学检测单元的输出的像素值与红橙像素值来检测所述颜色变化。
19.根据权利要求6所述的系统，其中: 所述光学检测单元是光谱仪。
20.根据权利要求19所述的系统，其中: 所述控制器通过检测与红橙波长互补的波长强度的降低来检测颜色改变，所述降低作为(i)强度的绝对测量或(ii)在不会发生吸收作用的情况下相对于光谱带的测量中的至少一个进行测量。`
全文摘要
一种铜焊具有在接合处耦合的至少两个铝工件的总成(202)的方法，其包括施加火焰到所述铝工件的所述接合处；监测火焰颜色；和在检测到火焰颜色变化时维持所述接合处的温度。
文档编号B23K1/19GK103209797SQ201180055246
公开日2013年7月17日 申请日期2011年10月21日 优先权日2010年11月19日
发明者T.安德雷彻克, M.R.贾沃罗斯基, L.J.约克 申请人:开利公司