金属液固态界面热挤压焊接装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及金属的结合工艺领域，具体涉及金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于：所述焊接装置具有至少一个用于嵌装所述金属件的焊件容置腔、加热装置及压力装置，所述加热装置与所述压力装置均位于所述容置腔一侧。本发明的优点是：能够适用于异种或同种金属件之间的焊接，并且具有焊接速度快、焊接强度高，适合各种尺寸结合面积的焊接，可对任意复杂形状的金属件进行焊接的优点；焊接过程中可以避免金属件焊接面与空气中的氧气和氢气产生不良反应；整个焊接过程简单有效、适宜流水线生产。
【专利说明】金属液固态界面热挤压焊接装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属的结合工艺领域，具体涉及金属液固态界面热挤压焊接装置。
【背景技术】
[0002]异种金属结合结构件兼有异种材料综合的优良物理、力学、机械性能。在电力电子工业领域具有广泛的应用。异种金属的物理化学性能存在差异给焊接带来了困难。目前，可实现异种金属结合的工业化方法和工艺有焊接和铸锻两大类，焊接装置包括摩擦焊，钎焊，扩散焊，爆炸焊等。铸锻方法包括降伏状态冷锻法，热挤压法和压铸法等。上述焊接装置主要适用于大面积，大体积的异种金属件的焊接或结合。超声波焊接装置因功率的限制，主要用于线束，接线端子等电子器件的焊接。而钎焊方法在金属结合强度方面还无法达到某些产品的要求。
[0003]专利200510008353 “用于异种金属板的液相扩散结合方法和设备”介绍了利用压力辊施加压力，并采用两个环绕式高频感应加热线圈分别对异种金属加热的共晶液相扩散结合方法；该发明采用两套高频感应加热线圈分别对异种金属，即镀锌钢板和铝合金板，进行加热，过高的温度会导致基底材料的低强度和变形，因此结合部位的最高温度控制在550°C以下，并对异种金属板施加了数十兆帕的压力，以保证结合强度。由于加热线圈放置在金属板背部，该方法仅可适用于板状材料的焊接，无法对复杂形状，或较厚的金属件实现焊接。
[0004]专利201110448262公开了一种异种金属复合接头制备方法，该方法根据液相/固相扩散原理，采用低熔点液态金属向高熔点金属的渗透扩散连接技术。实现异种金属无缝隙冶金结合。由于该焊接装置是采用坩埚在真空加热炉中实现，工艺复杂，流程周期时间长，很难实现低成本的流水线焊接。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了金属液固态界面热挤压焊接装置，通过加热装置对两金属件的焊接面加热使其熔化而金属件的其他部位通过冷却装置冷却仍保持固体态；金属件表面熔化层的氧化物杂质在压力装置的作用下，被挤出焊接面，实现了两个金属件之间的有效焊接。
[0006]本发明目的实现由以下技术方案完成:
一种金属液固态界面热挤压焊接装置，用于将两个金属件焊接成一体，其特征在于:所述焊接装置具有至少一个用于嵌装所述金属件的焊件容置腔、加热装置及压力装置，所述加热装置与所述压力装置均位于所述容置腔一侧。
[0007]所述加热装置位于所述容置腔的开口 一侧。
[0008]所述加热装置由加热线圈与导磁载压体构成。
[0009]所述导磁载压体可由若干薄硅钢片叠放锁紧连接构成，也可以为软磁铁氧体材料或软磁复合粉末材料的烧结成型体。[0010]所述压力装置位于所述容置腔的一侧，且所述压力装置的施力方向与所述容置腔的法线方向相同。
[0011]所述容置腔外围设置有冷却水道。
[0012]所述加热装置与所述容置腔之间设置有一隔热压块。
[0013]所述焊接装置具有两个所述焊件容置腔，两个所述容置腔开口呈相向设置。
[0014]本发明的优点是:
1.快速加热避免了结合面上金属间化合物的过度生成，提高了焊接强度；
2.适合各种尺寸结合面积的焊接，突破了闪光焊、电阻焊、摩擦焊、在焊接面积大小方面的局限性；
3.采用了根据被焊接件形状设计的挤压模，可对任意复杂形状的金属件进行焊接；例如:可直接进行成型铝合金散热鳍片与铜板的对焊；
4.异种金属焊接结合面始终处于承压贴合状态，避免了结合面接触空气中氧气和氢气产生的反应，无需真空气氛，无需惰性气体保护；
5.焊接工艺简单，成本低，工艺过程中使用标准化设备，或改造的标准化设备，容易实现焊接过程自动化。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明在使用时的结构示意图；
图3是本发明中具有导磁载压体的加热线圈结构示意图；
图4是本发明中导磁载压体的结构示意图；
图5是本发明中加热线圈的原理示意图1 ;
图6是本发明中加热线圈的原理示意图1I ；
图7是本发明中焊件压模的使用示意图；
图8是图6的爆炸视图；
图9是具有成型结构的复杂金属焊件与焊件压模的配合结构图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解:
如图1-9所示，图中标记1-18分别为:液压机1、液压机活塞推杆2、硅钢片3、导磁载压体4、隔热压块5、焊件压模6、冷却系统7、冷却水道入水口 8、模座工作台9、甲金属焊件
10、乙金属焊件11、紧固螺栓12、中、高频感应加热线圈13、玻璃纤维保护套管14、中、高频感应加热器15、冷却水道出水口 16、容置腔17、成形结构18。
[0017]实施例一:本实施例中的金属液固态界面热挤压焊接装置用于将两个金属焊件焊接成一体，且适用于两种由异种金属制成的金属焊件。
[0018]如图1、2所示，本实施例的焊接装置包括开设有容置腔17的焊件压模6、由液压机I及液压机活塞推杆2构成的压力装置以及由导磁载压体4与中、高频感应加热线圈13构成的加热装置，其中加热装置设置于容置腔17的上方一侧，压力装置设置于加热装置上方并与其相接触以便通过加热传热传递压力。
[0019]用于承载金属焊件的容置腔17与被嵌入的金属焊件的形状、大小相匹配且其腔体深度小于该金属焊件高度，使得该金属焊件的上表面(即焊接面)露出于容置腔17的腔体上开口。为了能够散发热量、控制焊件压模6的温度，焊接压模6内开设有采用循环水冷为工作方式的冷却水道，冷却水道位于容置腔17的外围，其冷却水道出水口 16、冷却水道入水口 8分别贯通开设于焊件压模6的一侧面并与冷却系统7构成连接。焊件压模6支承于模座工作台9之上。
[0020]如图2、3、4所示，加热装置由导磁载压体4以及中、高频感应加热线圈13装配构成，其中中、高频感应加热线圈13与中、高频感应加热器15相连接，导磁载压体4由若干呈E字形的硅钢片3通过紧固螺栓12相互连接锁紧构成，中、高频感应加热线圈13配合安装于硅钢片3的凹槽中；硅钢片3构成的导磁载压体4除了增强磁场强度，同时还起到传递压力的作用。导磁载压体4的下平面套装有一隔热压块5，隔热压块5可以阻止金属焊接件的热量传输到导磁载压体4上。
[0021]如图1、2所示，压力装置为液压机1，液压机I的液压机活塞杆2位于导磁载压体4的上方并与其表面发生接触，液压机活塞杆2的施力方向与容置腔17的法线方向相同。
[0022]本实施例在具体实施时:利用焊接装置将甲金属焊件10、乙金属焊件11这两个金属焊件焊接成一体，两金属焊件分别由异种金属制成，且甲金属焊件10的熔点小于乙金属焊件11的熔点。
[0023]将甲金属焊件10嵌装在容置腔17内并使其焊接面与乙金属焊件11的焊接面构成紧密贴合。利用磁感应线加热原理的加热装置对乙金属焊件11进行加热，此时中、高频感应加热线圈13的加热温度在大于甲金属焊件10熔点的同时小于乙金属焊件11的熔点，这样一来乙金属焊件11通过热传导仅仅使甲金属焊件10的焊接面这一局部熔化，而甲金属焊件10位于容置腔17的其余部分可藉由开设于焊件压模6内的冷却水道冷却而保持固体态。
[0024]当液压机I通过导磁载压体4施力于乙金属焊件11以及甲金属焊件10时，两金属焊件的焊接面始终保持紧密贴合而不会有空气进入，从而避免焊接过程中金属焊接面与空气中的氧气和氢气产生不良反应。当甲金属焊件10的焊接面被中、高频感应加热线圈13加热熔化时，由于液压机I的压力，乙金属焊件11始终被压紧于甲金属焊件10的焊接面，两金属焊件便完成焊接，而且此时甲金属焊件10的表面熔化层的氧化物杂质在压力作用下被挤出结合面，所得到的焊接面焊接强度得到保证。
[0025]实施例二:本实施例相较实施例一的不同之处在于，本实施例是针对由同种金属制成的两金属焊件之间的焊接需要。为了焊接由同种金属制成的两金属焊件，需要将两金属焊件分别嵌装于两个焊件压模6的容置腔17内，两容置腔17的开口相对。由导磁载压体4和中、高频感应加热线圈13构成的加热装置可设置于两金属焊件相贴合的焊接面的侧面或任一容置腔17的背侧，从而对两金属焊件进行局部加热进而使两者的焊接面均熔化，此时金属焊件的其余部分均可通过各自的焊件压模6内开设的冷却水道冷却一直保持固体态。
[0026]实施例一、二在具体实施时:以甲金属焊件10是铝制金属焊件，乙金属焊件11是铜制金属焊件为例，由中、高频感应加热线圈13的磁感应线进行的加热可分为以下两种方式:如图5所示，磁感应线只穿过铜制金属焊件，由于铜制金属焊件与铝制金属焊件始终保持紧密贴合的接触且加热温度在高于铝的熔点的同时又低于铜的熔点，所以通过铜制金属焊件的热传导可使铝制金属焊件的焊接面熔化；如图6所示，磁感应线在穿过铜制金属焊件的同时，还至少穿过铝制金属焊件的焊接面，这样一来，虽然同时加热两金属件，但由于加热温度低于铜的熔点，所以只有铝制金属焊件的焊接面被熔化。
[0027]如图5、6所示，图5中示中、高频感应加热器的输出功率小于图6中的中、高频感应加热器的输出功率，所以可通过调整中、高频感应加热器15的输出功率来控制磁感应线的分布并相应选择在金属焊件上加热区域的空间位置；此外由于磁感应线还需穿过隔热压块5，所以还可通过调整隔热压块5的厚度来选择在金属焊件上加热区域的空间位置。
[0028]如图7、8所示，甲金属焊件10为一板体，所以其嵌入的容置腔17为与其长度、宽度相匹配的矩形腔体；而如图9所示，当甲金属焊件10下部具有复杂的成形结构18时，需要将容置腔18的腔体结构设置为与成形结构18相匹配的结构，从而使得成形结构18得到冷却水道的冷却，避免其受热变形甚至熔化，这样一来，具有复杂成形结构的金属焊件的焊接也得以实现。
[0029]上述实施例一所采用的焊接装置为立式，而在应用于实际流水线上时，可相应选择为卧式或其他一些形式的装置结构，但都不妨碍本装置的实施。
[0030]中、高频感应加热线圈13的截面除了可以是图1、2、5或6中的方形截面铜管，也可以是圆形截面的铜管。中、高频感应加热线圈13的匝数可以是一匝、两匝或两匝以上并排的线圈，外部套装玻璃纤维保护套管14。
[0031]导磁载压体4的上、下平面均经过精密加工，保证其表面精度和两平面的平行度，从而保证两金属焊件间结合面的平面度。导磁载压体4可如实施例一、二中的由若干薄硅钢片3叠放锁紧连接构成，也可以为软磁铁氧体材料或软磁复合粉末材料的烧结成型体。
[0032]隔热压块5的材料采用低导热系数，绝缘，低导磁率的材料制成，可以选择为:三氧化二铝、氮化硅或石英材等。
【权利要求】
1.一种金属液固态界面热挤压焊接装置，用于将两个金属件焊接成一体，其特征在于:所述焊接装置具有至少一个用于嵌装所述金属件的焊件容置腔、加热装置及压力装置，所述加热装置与所述压力装置均位于所述容置腔一侧。
2.根据权利要求1所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述加热装置位于所述容置腔的开口一侧。
3.根据权利要求1或2所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述加热装置由加热线圈与导磁载压体构成。
4.根据权利要求3所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述导磁载压体可由若干薄硅钢片叠放锁紧连接构成，也可以为软磁铁氧体材料或软磁复合粉末材料的烧结成型体。
5.根据权利要求1所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述压力装置位于所述容置腔的一侧，且所述压力装置的施力方向与所述容置腔的法线方向相同。
6.根据权利要求1所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述容置腔外围设置有冷却水道。
7.根据权利要求1所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述加热装置与所述容置腔之间设置有一隔热压块。
8.根据权利要求1所述的一种金属液固态界面热挤压焊接装置，其特征在于:所述焊接装置具有两个所述焊件容置腔，两个所述容置腔开口呈相向设置。
【文档编号】B23K20/26GK103878473SQ201410089263
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】王子延, 刘小稚 申请人:王子延, 刘小稚