用于钎焊的设备和方法
【技术领域】
[0001]本文描述的本发明总体上涉及使用多种气体的、具有可重现的气体流率控制的钎焊系统以及用于实现该可重现的气体流率控制的方法。
援引并入
[0002]基于2011年4月8日提交申请在2013年5月21日公布的美国专利号8，444，041的全部内容通过援引并入本文。
本披露的背景
[0003]钎焊是利用钎焊填充物(S卩，具有比所要联结的金属更低的熔点的金属或合金)来将金属构件联结在一起的已知方法中的一种。钎焊通常涉及使用以下焊炬:该焊炬具有控制着至少两种焊接气体的流量和比例的至少两个计量针阀。这些气体中的一种将包括易燃燃料气体，例如LP气体、天然气、乙炔气、甲烷、丙烷、丁烷、氢气及其混合物和组合，而另一种气体将包括助燃气体，例如氧气或空气。使用计量针阀来在钎焊之前和钎焊过程中手动调整气体流量，因为气体的压力、流率和/或品质可以改变、并且在某些情况下会导致品质问题。出于多种不同原因会需要调整，包括外部温度、所使用的气体的总量或者气瓶中剩余的气体量、影响气体流率的所有变量的改变。此外，焊炬操作者，即便是具有多年经验的操作者，在设定针阀并且确定气体混合物是否会产生具有可接受的氧与燃料比例的火焰时都可能是非常困难的。
[0004]鉴于利用具有多个调整阀的焊炬的现有钎焊系统的前述问题和缺点，本申请描述了一种钎焊系统和方法以克服这些缺点。
发明概述
[0005]本发明提出一种根据权利要求1所述的钎焊系统、一种根据权利要求6所述的钎焊操作系统、一种根据权利要求9所述的钎焊气体流量控制装置、以及一种根据权利要求12所述的用于执行针对钎焊操作设置参数的方法的计算机可读介质。可以从子权利要求获得优选实施例。具体而言，根据本发明所提供的系统包括至少两种分开的气体、用于每个气体源的一个单一包壳、钎焊焊炬、以及用来确定该至少两种气体之间的气体比例的器件，其中该器件是与该钎焊焊炬分开的。该单一包壳具有至少两个入口(每种气体一个)以及两个出口(每种气体一个)、两个压力调节器阀(每种气体一个)、和两个微计量阀(每种气体一个)。除了用于递送对应气体并将其送出的管路和歧管之外，该包壳并不利用任何其他流量调节部件。该包壳可以包括多个通风口以允许气体适当地通风。钎焊焊炬包括操作触发器但不包括控制阀。该系统还包括用于确定该至少两种气体之间的气体比例的器件。
[0006]在借鉴附图、详细说明和所附权利要求来查看时，本发明的这些目的和其他目的将是明显的。
附图简要说明
[0007 ]本发明可以在某些部件和部件安排方面采取实体形式，将在说明书中详细描述并且在形成本说明书的一部分的附图中展示其一个优选实施例，在附图中:
[0008]图1是现有技术钎焊系统的侧视立面图，其中流量控制是使用位于焊炬上的多个计量阀来实现的；
[0009]图2A是根据本发明的示例性实施例的钎焊系统的示意图；
[0010]图2B是与本发明的实施例一起使用的示例性包壳的展示图；
[0011 ]图3是钎焊系统用户界面的示意图；
[0012]图4-6是展示钎焊方法的实施例的流程图；并且
[0013]图7是钎焊系统界面的示意图。
附图详细说明
[0014]现在将参考附图来在下面描述本发明的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本发明、而不旨在以任何方式限制本发明的范围。类似参考号在所有附图中表示类似的要素。
[0015]图1展示了现有技术的钎焊系统100，其中在焊炬上定位了多个计量阀，并且包括第一气体源105和第二气体源110，其中第一气体源105是氧气或空气，并且第二气体源110是燃料，包括下列各项中的至少一项:乙炔、丙烷、天然气或甲烷、丙烯、氢气、以及丁烷、或它们的共混物。第一气体软管115连接第一气体源105且连接钎焊焊炬120，并且第二气体软管125连接第二气体源110且连接钎焊焊炬120。
[0016]在所展示的实施例中，钎焊焊炬120包括手柄或焊炬本体130、通/断开关135、第一针阀140、第二针阀145、钎焊焊炬颈部150、以及钎焊焊嘴155。为了使用常规钎焊系统100，操作者要打开第一气体源105和第二气体源110上的阀门、打开第一针阀140和第二针阀145来形成可燃气体混合物、并且点燃离开钎焊焊嘴155的气体混合物。应理解的是，这些气体源可以来自于具有压力调节器的气罐或者来自于具有压力调节器的主供应管线。在点燃之后，钎焊焊炬操作者会对第一针阀140和第二针阀145进行调整，以便对钎焊火焰中真实的或所感知到的不一致性作出反应。此外，可能会由于气体压力和流率的波动以及不精准的气体混合所造成的钎焊联结不一致性而改变针阀设定。如上面所讨论的，即便是非常有经验的焊炬操作者在设定具有一致的氧与燃料比例的火焰时都会遇到困难。
[0017]例如，操作者可能难以准确地确定焊炬的钎焊火焰是否为中性或者是否具有所希望的火焰温度或BTU输出。此外，操作者非常难于以相同火焰特征产生一致且可复现的火焰。
[0018]图2A展示了根据本发明的示例性实施例的钎焊系统200。在操作者每次点燃该钎焊焊炬291时，系统200就产生具有一致的氧气与燃料比例、BTU输出和火焰温度的钎焊火焰。钎焊系统200包括第一气体源205和第二气体源210，其中第一气体源205是氧气或空气，并且第二气体源210是燃料，包括下列各项中的至少一项:乙炔、丙烷、天然气或甲烷、丙烯、氢气、以及丁烷、或它们的共混物。如上面所提到的，应理解的是，这些气体源可以来自于具有压力调节器的气罐或者来自于具有压力调节器的主供应管线。第一气体软管215连接第一气体源205且连接包壳225，并且第二气体软管220连接第二气体源210且连接同一包壳225。在一些示例性实施例中，包壳225是由多种材料制成的并且被构造成满足如下文所限定的NEMA4X规范。另外，如图2B所示，在一些示例性实施例中，包壳被分隔物230分为两个分开的隔室241a/241b。分隔物230将这些隔室分开并且在一些实施例中分隔物230是沿着其所有边缘(包括与门(未示出)发生碰撞的前边缘在内)密封的，从而使得没有气体可以从一个隔室传递至另一隔室中。在这个示例性实施例中，在钎焊系统200中使用这至少两个隔室来在气体到达钎焊焊炬(它们在此形成混合气体)之前防止氧气/空气与燃料混合。在一些实施例中，在第一隔室241a和/或第二隔室241b内气体泄漏的情况下，各隔室或者各包壳内的一个部件包括向外部大气排放的压力释放阀235。在另外的示例性实施例中，如图2B所示，这些隔室利用了包壳225中的通风口结构，这些通风口结构允许对任何泄漏气体进行无害通风而不在这些隔室内积聚压力。即，这些隔室至少在其侧壁中含有多个通风口 247以允许对任何泄漏气体进行通风。此外，在其他示例性实施例中，可以将风扇或通风单元联接至这些通风口 247上或任何其他通风孔上以有助于对这些隔室通风。即，可以用这些风扇或通风单元来吹入环境空气以便不断地产生穿过这些隔室的流动、或者可以通过这些通风口(开口)抽气并且将抽出的气体引导离开包壳225。在又另一实施例(未示出)中，该包壳包括气体泄漏检测系统。应进一步注意到，本发明的实施例可以利用多于两种的分离的气体并且可以用使用三种或更多种气体的系统来实施，在这种系统中这些气体是不背离本发明的精神或范围地如在此所解释的在单一包壳内加以管理的。
[0019]如在本申请中所使用的，“NEMA4X”是指由不锈钢或塑料制造的包壳，包括气密的和非气密的包壳。NEMA 4X包壳可以被用于比标准的NEMA 4单元更严苛的环境下，因为NEMA4X包壳具有抗腐蚀性。使用腐蚀性材料(例如盐水)和腐蚀性清洁剂的应用必须要使用NEMA 4X包壳。
[0020]在图2A展示的实施例中，第一气体软管215连接第一入口225a并且将气体供应至管路250，该管路连接第一压力调节器阀240a。第一压力调节器阀240a维持着第一气体源205至下游使用点的压力。管路250在第一入口 225a、第一压力调节器阀240a、第一微计量阀(micrometer valve)240b(或具有可设定的可变孔口的任何其他装置)、任选的压力计245以及第一出口 225b之间延伸。在一些示例性实施例中，在包壳225内不存在压力计245。例如，在一些示例性实施例中，压力计245定位在第一微计量阀240b上游并且不是位于该包壳内的。另外，在其他示例性实施例中，压力计245联接至压力调节器240a并且因此位于第一微计量阀240b的上游(如图2B所示)，其中该压力计安装在阀240a上并且因此阀240a和压力计245都位于阀240b的上游。在其他实施例中，可以将一个额外的(未示出)压力计定位在该包壳外部。在其他示例性实施例(未示出)中，当该钎焊系统正用于一种具体的产品或工艺时，可以用一个固定的孔口、或者可以用具有整合的阀的流量计来替换微计量阀。在一些示例性实施例中，第一隔室241a的第一出口225b连接包壳外的、邻近包壳225或与之间隔一段距离的任选的第一流量计(未示出)。可以手动或电动控制第一压力调节器阀240a和第一微计量阀240b来对应地设定和/或维持第一气体源205的第一压力和第一流率。任选使用的流量计可以是手动或者电动测量的。
[0021 ]进一步地，在所展示的实施例中，第二气体软管220连接第二入口 230a并且将气体供应至连接第二压力调节器阀265a的管路275。管路275在第一入口 230a、第二压力调节器阀265a、第二微计量阀265b(或具有可设定的孔口的任何其他装置)、任选的压力计270以及第二出口 230b之间延伸。就像在该第一隔室中，在一些示例性实施例中，包壳225内不存在压力计270。例如，在一些示例性实施例中，压力计270被定位在第二微计量阀265b上游并且不是位于该包壳内的。另外，在其他示例性实施例中，压力计270联接压力调节器阀265a并且因此位于第一微计量阀265b的上游(如图2B所示)，其中该压力计270安装在阀265a上并且因此阀265a和压力计270都位于阀265b的上游。在其他实施例中，可以在该包壳外部定位一个额外的(未示出)压力计。在另一实施例(未示出)中，当该钎焊系统正被用于一种具体产品或工艺时，可以用固定的孔口来替换微计量阀。在所展示的实施例中，第二隔室241b的第二出口 230b连接该隔室外的、邻近包壳225或与之间隔一段距离的任选的第二流量计(未示出)。可以手动或电动控制第二压力调节器阀265a和第二微计量阀265b来对应地设定和/或维持第二气体源210的第二压力和第二流率。任选的流量计可以是手动或者电动测量的。应理解的是，可以将该管路、调节器阀、压力计、微计量阀以及流量计安排成与图2A所展示的不同的另一种构型，只要第一气体源和第二气体源的压力和流率受控即可。
[0022]第一气体源205从第一隔室241a流动进入第一钎焊焊炬气体软管285中，并且第二气体源210从第二隔室241b流动进入第二钎焊焊炬气体软管290。第一钎