基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置和方法
2023-05-21 06:03:16 1
專利名稱：基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種焊接裝置及方法。
背景技術：
焊接技術是指在高溫或高壓條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)將兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)連接成一個整體的操作方法。將熔化的焊接材料導向焊接工件上，待溫度降低後，熔化部分凝結，兩個工件就被牢固的焊在一起，這屬於熔焊的其中一種方式。很多電子產品、機械裝置等都需要用到導熱性能良好的焊接材料進行連接，現有技術產品中的焊接材料一般為碳鋼焊材或金屬焊材，相對來說，有些金屬焊材的導熱性能比較良好，如鋁的熱導率為237W/m · K ；銅的熱導率為401W/m · K ；銀的熱導率為
m · K ；而對於錫、鉛等焊接材料的導熱性能則較差，例如錫的熱導率為67W/m · K ；鉛的熱導率為34. 8ff/m ；碳鋼的熱導率為46. 4_52W/m · K。在本發明中，會應用到具有高散熱性能的膜材料。其中，利用碳成分所製作的高散熱石墨膜，具有很高的散熱能力，可以達到1500 1750W/m · K。而目前作為研究熱點的石墨烯材料，則具有更加強大的散熱能力，其熱導率約為 5000ff/m · K。電磁加熱是通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質容器放置上面時，容器表面具即切割交變磁力線而在容器底部金屬部分產生交變的電流(即渦流)，渦流使容器底部的鐵原子高速無規則運動，原子互相碰撞、摩擦而產生熱能。從而起到加熱物品的效果。因為是鐵製容器自身發熱，所有熱轉化率特別高，最高可達到95%。在本發明中，將電磁加熱技術和高散熱膜材料應用到焊接裝置中，提供一種新的焊接裝置及方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置和方法，利用本發明，通過高導熱材料和電磁加熱，使焊接材料熔化，以熔融介質的方式實現良好的焊接功能。本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，包括有以下結構焊材腔室，用以置放待熔焊接材料的腔室；高導熱膜，用以包裹於焊材腔室外側、或內側的導熱膜；電磁發生器，設置在高導熱膜處外側，用以通過高導熱膜對焊材腔室內的焊接材料進行加熱的結構；隔熱層，覆蓋於焊材腔室和高導熱膜外表面，用以隔絕焊材腔室內熱量的散失；開關結構，設置在焊材腔室的出口處，用以控制焊材腔室內焊接材料的導出。優選的，該裝置還包括，和開關結構相連接的控制組件，該組件用以提醒焊接材料的狀態和控制開關結構開啟和關閉。優選的，當焊接材料開始熔化時，通過觸發開關結構，使控制組件處於提醒狀態。優選的，所述的焊接材料為含鐵、鈷、鎳至少其一的焊接材料。優選的，所述的焊接腔室的材料為熔點高於鐵的導熱材料。所述的高導熱膜為石墨膜或石墨烯膜至少其一的材料。優選的，所述的焊材腔室內的待熔焊接材料中混合有高導熱膜片，以利於熱量的快速傳遞。優選的，所述的隔熱層材料為熔點在1500°C以上的隔熱材料。本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，包括以下步驟，步驟1，在焊材腔室中填充待熔電磁感應材料；步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱；步驟3，當焊材腔室內的電磁感應材料熔化，開啟焊材腔室的開關結構，液態的電磁感應材料從焊材腔室內導出。優選的，步驟1中所述的電磁感應材料為鐵、鈷、鎳至少其一的材料。本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接還包括另一種方法，具體包括以下步驟，步驟1，在焊材腔室中填充電磁感應材料和非電磁感應的待熔焊接材料；步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱；步驟3，焊材腔室內的電磁感應材料對非電磁感應的待熔焊接材料進行熱熔處理， 將液態的焊接材料從焊材腔室內導出。優選的，所述的電磁感應材料為鐵、鈷、鎳至少其一的材料，非電磁感應材料為錫、 鉛、鎳、鋁、銅、銀、玻璃至少其一的焊接材料。
圖1是本發明實施例所示的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接裝置的示意圖。圖2是本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法流程圖。圖3是本發明實施例所示的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接裝置的另一種實施例的示意圖。圖4是本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的另一種方法流程圖。
具體實施例方式在本發明中，提供了一種基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置及方法。下面結合圖1所示，首先對基於高散熱材料和電磁加熱焊接的裝置作詳細描述。 本發明所述的裝置包括有焊材腔室110，用以置放待熔焊接材料的腔室；高導熱膜120，用以包裹於焊材腔室外側、或內側的導熱膜；電磁發生器130，設置在高導熱膜處外側，用以通過高導熱膜對焊材腔室內的焊接材料進行加熱的結構；隔熱層140，覆蓋於焊材腔室和高導熱膜外表面，用以隔絕焊材腔室內熱量的散失；開關結構150，設置在焊材腔室的出口處，用以控制焊材腔室內焊接材料的導出。控制組件160，它和開關結構相連接，用以提醒焊接材料的狀態和控制開關結構開啟和關閉。焊材腔室110，是盛放待熔焊接材料170的容器，並通過焊材腔室外的電磁發生器，將熱量傳遞給焊接材料使其熔化，因此焊材腔室170所採用的材料，其熔點要高於焊接材料，且為高導熱的材料，舉例來說，如金剛石、石墨、導熱陶瓷、鎢等材料都是可以的。待熔的焊接材料170，在焊材腔室內熔化後，通過開關結構150導出，通向目標焊接處。焊接材料170是通過電磁發生器130加熱的，根據電磁加熱的原理，只有是磁性介質的導體材料，才能夠產生熱能。滿足這種條件的材料主要目前主要為鐵、鈷、鎳，因此焊接材料170應該為含鐵、鈷、鎳至少其一的材料。對於高導熱膜120，其設置的目的是為了使熱量迅速的傳遞至整個焊材腔室，因此將其覆蓋於焊材腔室的外側或內側，高導熱膜120採用高散熱且高熔點的材料，本發明中優選為高導熱石墨膜或石墨烯膜。利用碳成分所製作的高散熱石墨膜，具有很高的散熱能力，可以達到1500 1750W/m · K。而目前作為研究熱點的石墨烯材料，則具有更加強大的散熱能力，其熱導率約為5000W/m · K ；同時，石墨的熔點也非常高，達到3500°C以上。另外，高導熱膜片也可摻和到焊接材料170中，如圖1所示的高導熱膜片121，這樣有利於熱量的快速傳遞。電磁發生器130，通過產生交變磁場和交變電流，使鐵等磁性材料的原子高速運動，通過相互碰撞、摩擦而產生熱能，因為是鐵等材料自身發熱，所以熱轉化率特別高，最高可達到95 %，本發明中所採用的電磁加熱方式是一種節能、高效的加熱方式。對於隔熱層140，設置目的是為了減少焊材腔室的熱量散發到環境中，造成熱量的浪費，因此將隔熱層140覆蓋在焊材腔室及電磁發生器的外側。隔熱層所採用的材料，需要是高熔點的絕熱材料，舉例來說，如硅藻土製品、氧化鋁製品、氧化鎂製品、碳化矽製品、隔熱陶瓷等材料都是可以的。控制組件160，它是和開關結構相連接的，設置有提醒結構和控制結構，提醒結構用以提醒焊接材料是否熔化，控制結構用以控制開關結構的開啟和關閉。在控制組件上設置用以提醒焊接材料已開始熔化的提醒結構，是為了更方便的獲悉焊接材料是否已經熔化，由於焊材腔室是密閉不透明的，因此要藉助在外側設置的提醒結構來顯示內部焊接材料的狀態。當焊接材料開始熔化時，熔化的液體會流向開關結構，由於控制組件和開關結構相連接，因此能夠觸發控制組件的提醒結構，使控制組件處於提醒狀態。當控制組件上顯示提醒時，表明焊接材料已熔化，可以通過控制結構開啟開關結構，使熔化的液態焊接材料導出，通向目標焊接處，液態焊接材料在焊接位置冷卻凝固後完成焊接。圖2是本發明所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法流程圖，該方法流程圖是基於焊接材料為電磁感應材料如鐵、鈷、鎳時所對應的方法，下面結合前面描述的裝置對該方法作詳細說明。步驟1，在焊材腔室中填充待熔電磁感應材料。
在圖1所示的焊材腔室110中加入電磁感應材料170，所述的電磁感應材料為鐵、 鈷、鎳至少其一的材料。步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱；電磁發生器通過電磁加熱，直接加熱鐵、鈷、鎳等磁性材料，然後通過高導熱膜將熱量均勻傳遞至整個焊材腔室，使焊接材料均勻受熱。如圖1所示，高導熱膜120設置在焊材腔室的外表面或內表面，同時焊接材料170中也混合有高導熱膜片121，使得熱量能夠快速傳遞。步驟3，當焊材腔室內的電磁感應材料熔化，開啟焊材腔室的開關結構，液態的電磁感應材料從焊材腔室內導出。焊材腔室內的焊接材料熔化時，液態焊接材料會流向開關結構，觸發控制組件的提醒結構開啟，表明焊接材料已開始熔化，這種情況下即可通過控制結構開啟開關結構，使熔化的液態焊接材料從焊材腔室內導出。當導出的液態焊接材料達到焊接的標準量時，即關閉開關結構，使焊接材料停止導出，液態焊接材料在目標焊接處冷卻凝固後，即達到焊接目的。如圖3所示，展示的是另一種對焊接材料加熱方式的裝置，其中電磁感應材料170 本身不作為焊接材料，不發生熔化，電磁感應材料170隻是作為提供熱源的材料，對焊接材料171進行加熱處理，焊接材料171的熔點低於電磁感應材料170，舉例來說，焊接材料171 可以是錫、鉛、鎳、鋁、銅、銀、玻璃等材料。對應圖3所示的裝置，圖4為相應的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法流程圖，下面對該方法作詳細說明。步驟1，在焊材腔室中填充電磁感應材料和非電磁感應的待熔焊接材料。如圖3所示，電磁感應材料170為鐵、鈷、鎳至少其一的材料，非電磁感應的焊接材料171為錫、鉛、鎳、鋁、銅、銀、玻璃等材料。步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱；在焊材腔室內同時混合有高導熱膜片，可以將電磁感應材料的熱量快速傳遞給非電磁感應材料。步驟3，焊材腔室內的電磁感應材料對非電磁感應的待熔焊接材料進行熱熔處理， 將液態的焊接材料從焊材腔室內導出。由於非電磁感應的待熔焊接材料的熔點低於電磁感應材料，因此可以通過電磁感應材料的加熱處理而熔化。以上是對本發明的描述而非限定，基於本發明思想的其它實施方式，均在本發明的保護範圍之中。
權利要求
1.基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於該裝置包括有， 焊材腔室，用以置放待熔焊接材料的腔室；高導熱膜，用以包裹於焊材腔室外側、或內側的導熱膜；電磁發生器，設置在高導熱膜處外側，用以通過高導熱膜對焊材腔室內的焊接材料進行加熱的結構；隔熱層，覆蓋於焊材腔室和高導熱膜外表面，用以隔絕焊材腔室內熱量的散失； 開關結構，設置在焊材腔室的出口處，用以控制焊材腔室內焊接材料的導出。
2.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 該裝置還包括控制組件，它和開關結構相連接，用以提醒焊接材料的狀態和控制開關結構開啟和關閉。
3.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 當焊接材料開始熔化時，通過觸發開關結構，使控制組件處於提醒狀態。
4.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 所述的焊接材料為含鐵、鈷、鎳至少其一的焊接材料。
5.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 所述的焊接腔室的材料為熔點高於鐵的導熱材料。
6.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 所述的高導熱膜為石墨膜或石墨烯膜至少其一的材料。
7.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 所述的焊材腔室內的待熔焊接材料中混合有高導熱膜片。
8.根據權利要求1所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置，其特徵在於 所述的隔熱層材料為熔點在1500°C以上的隔熱材料。
9.一種基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟1，在焊材腔室中填充待熔電磁感應材料；步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱； 步驟3，當焊材腔室內的電磁感應材料熔化，開啟焊材腔室的開關結構，液態的電磁感應材料從焊材腔室內導出。
10.一種基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟1，在焊材腔室中填充電磁感應材料和非電磁感應的待熔焊接材料； 步驟2，電磁發生器通過高導熱膜，對焊材腔室內的電磁感應材料進行加熱； 步驟3，焊材腔室內的電磁感應材料對非電磁感應的待熔焊接材料進行熱熔處理，將液態的焊接材料從焊材腔室內導出。
11.根據權利要求9或10所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，其特徵在於步驟1中所述的電磁感應材料為鐵、鈷、鎳至少其一的材料。
12.根據權利要求10所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，其特徵在於步驟1中所述的非電磁感應材料為錫、鉛、鎳、鋁、銅、銀、玻璃至少其一的材料。
13.根據權利要求9或10所述的基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的方法，其特徵在於所述的高導熱膜為石墨膜或石墨烯膜至少其一的材料。
全文摘要
本發明提供一種基於高散熱材料和電磁加熱實現焊接的裝置和方法，屬於焊接技術領域。該裝置包括有用以置放待熔焊接材料的焊材腔室；用以包裹於焊材腔室外側、或內側的高導熱膜；設置在高導熱膜處外側，用以通過高導熱膜對焊材腔室內的焊接材料進行加熱的電磁發生器；覆蓋於焊材腔室和高導熱膜外表面，用以隔絕焊材腔室內熱量散失的隔熱層；設置在焊材腔室的出口處，用以控制焊材腔室內焊接材料導出的開關結構；用以提醒焊接材料的狀態和控制開關結構開啟和關閉的控制組件。利用本發明，通過高導熱材料和電磁加熱，使焊接材料熔化，以熔融介質的方式實現良好的焊接功能。
文檔編號H05B6/10GK102548075SQ201010618538
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者不公告發明人 申請人:上海傑遠環保科技有限公司