用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置，包括主機和工作臺，所述主機包括主箱體，在主箱體內(nèi)設(shè)有交流電源、變壓器、高壓整流器、電容組、真空開關(guān)以及觸發(fā)裝置；所述交流電源經(jīng)變壓器變壓后與高壓整流器相連，所述高壓整流器同時與電容組的各電容相連，電容組的各電容分別與一真空開關(guān)相連；所述觸發(fā)裝置的信號輸入端與交流電源相連，信號輸出端同時與各真空開關(guān)相連；所述工作臺包括臺架和設(shè)置在臺架上的焊接頭，所述焊接頭包括導(dǎo)電線圈和集磁器，所述導(dǎo)電線圈通過同軸線纜與主機中的各真空開關(guān)同時相連。本實用新型實現(xiàn)了常溫焊接，更加方便、快速，并且更加環(huán)保，焊接成本更低。
【專利說明】用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及金屬焊接【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊 接的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著銅材價格上漲影響和產(chǎn)品輕量化的需求，"鋁代銅"已成為產(chǎn)品零部件制造的 重要趨勢。這就需要將銅質(zhì)材料和鋁質(zhì)材料通過焊接工藝連接成一體，即稱為銅鋁焊接。 但是，銅和鋁都屬易氧化金屬，可焊性差，對這種銅和鋁的異種金屬焊接要達到良好的焊接 效果則十分困難。因此銅鋁焊接一直是一個國際性的焊接難題?，F(xiàn)有焊接技術(shù)存在以下不 足：
[0003] 1.銅鋁焊接在傳統(tǒng)上常用掛錫和熔錫的方法焊接銅鋁，這種方法成型不好，沒有 很好的強度，由于錫的熔點低又不能焊接在高溫工作下的工件，所以此種工藝只適合常溫 條件下的小工件上使用，很難應(yīng)用到其它產(chǎn)品的生產(chǎn)中。
[0004] 2.用熱熔焊、摩擦焊、電子束焊、超聲波焊等焊接方法焊接銅鋁，由于不均勻的溫 度場會導(dǎo)致殘余應(yīng)力和變形的產(chǎn)生等問題，焊接出來的接頭脆性大，易產(chǎn)生裂紋且焊縫易 產(chǎn)生氣孔，焊接起來的工件難免出現(xiàn)斷裂，出現(xiàn)斷裂后就可能使導(dǎo)電體斷路、使管道泄漏， 所以往往達不到實際生產(chǎn)中要求的效果。
[0005] 3.在現(xiàn)有制冷設(shè)備的生產(chǎn)過程中，銅管與銅管的焊以及銅管與管座的焊接絕大多 數(shù)采用的都是火焰加熱硬釬焊工藝，通過釬焊工藝把釬料(銅鋁焊絲）作為中間介質(zhì)，使銅 管和鋁管焊接在一起。釬劑(銅鋁焊膏）在高溫加熱狀態(tài)下破除金屬表面的氧化膜，使表面 侵潤，有利于熔化后的釬料在焊縫間隙中流動，使其更容易填充到焊縫間隙中。釬料在高溫 下熔化并與兩種金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，釬料通過毛細作用滲入銅材和鋁材分子結(jié)構(gòu)中，形成 穩(wěn)定的冶金層。焊接后的接頭成形較好，抗拉抗剪性能及導(dǎo)電性耐腐蝕性好，是目前常用的 銅鋁焊接方法。
[0006] 但是該方法也有缺陷：首先，焊縫的形成是靠虹吸原理使熔化后的釬料流動并填 充整個焊縫間隙的過程，受材料和工藝的影響，以及材料表面清潔狀態(tài)的影響，始終存在著 釬劑破膜、清潤效果不良，導(dǎo)致釬料填充不均勻，接頭的均勻性會受到影響，缺陷也會比較 多（如氣孔、凝固裂紋等)，使焊縫氣密性指標和焊縫強度指標不達標等焊接缺陷，直接影響 焊件質(zhì)量和壽命。
[0007] 另外，傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)環(huán)境惡劣，火災(zāi)隱患大，不安全；工人勞動強度大，焊接效率 低；焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，接頭外形不美觀；焊接過程產(chǎn)生高溫、發(fā)熱、煙塵、廢氣等對環(huán)境的負 面影響。
[0008] 再者，由于大量消耗焊劑焊料以和其他輔料，以及高能耗等，這種傳統(tǒng)焊接方式的 焊接成本較高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實用新型的目的就在于提供一種用于制冷設(shè)備 中銅管與鋁管焊接的裝置，常溫焊接更加方便、快速，并且更加環(huán)保，焊接成本更低。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：一種用于制冷設(shè)備中 銅管與鋁管焊接的裝置，包括主機和工作臺，其特征在于：所述主機包括主箱體，在主箱體 內(nèi)設(shè)有帶有濾波裝置的交流電源、變壓器、高壓整流器、電容組、真空開關(guān)以及觸發(fā)裝置；所 述交流電源經(jīng)變壓器變壓后與高壓整流器相連，所述高壓整流器同時與電容組的各電容相 連，電容組的各電容分別與一真空開關(guān)相連；所述觸發(fā)裝置包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器 的信號輸入端與交流電源相連，信號輸出端同時與各真空開關(guān)相連；
[0011] 所述工作臺包括臺架和設(shè)置在臺架上的焊接頭，所述焊接頭包括導(dǎo)電線圈和集磁 器，所述導(dǎo)電線圈通過同軸線纜與主機中的各真空開關(guān)同時相連。
[0012] 進一步地，所述焊接頭還包括輸入端板、輸出端板、集磁器定位堵頭、集磁器定位 頂板、以及內(nèi)管定位卡套；
[0013] 所述導(dǎo)電線圈包括3組線圈導(dǎo)體，所述線圈導(dǎo)體的兩端分別與輸入端板和輸出端 板相連，在相鄰兩匝線圈導(dǎo)體之間設(shè)有絕緣隔板，在輸入端板和輸出端板的外側(cè)分別設(shè)置 有一端部絕緣支撐板，兩端部絕緣支撐板通過絕緣高強度連接螺栓相連為一個整體；輸入 端板和輸出端板分別通過電纜線與脈沖發(fā)生器的信號輸出端的正負極相連；
[0014] 所述集磁器位于導(dǎo)電線圈內(nèi)并與導(dǎo)電線圈通軸心線，在集磁器的兩端分別設(shè)有一 集磁器定位堵頭，所述集磁器定位堵頭與集磁器同軸心線，所述集磁器定位頂板和內(nèi)管定 位卡板利用鎖緊螺釘分別固定在兩端部絕緣支撐板相背離的一側(cè)，從而將集磁器定位堵頭 壓住，以鎖定集磁器的軸向位置；
[0015] 所述集磁器堵頭的中部沿其軸向開設(shè)有一通孔，所述內(nèi)管定位卡套的小端插入右 側(cè)集磁器堵頭的通孔中，肩部臺階緊貼集磁器堵頭的外端面，右側(cè)集磁器定位頂板軸向壓 緊內(nèi)管定位卡套的大端面并固定。
[0016] 進一步地，所述電容組包括4個5kJ的儲能電容。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：
[0018] 1、本實用新型是有別于現(xiàn)有傳統(tǒng)焊接技術(shù)和工藝的綠色、環(huán)保、低碳工藝，可廣泛 用于導(dǎo)電性好的同質(zhì)或異質(zhì)金屬材料的搭接焊接，特別是焊接材料屬性差異很大的金屬具 有明顯優(yōu)勢(如：銅-鋼，銅-鋁，銅-鎂，鋁-鋼，銅-不銹鋼，鋁-不銹鋼等）；
[0019] 2、整個焊接過程無發(fā)熱，屬固態(tài)焊接，冷焊工藝；焊接后焊件材料的金屬特性不會 發(fā)生任何改變，無殘余應(yīng)力；兩種材料在焊合面形成原子間距離的穩(wěn)定的冶金結(jié)合；焊接 面呈360°圓柱面均勻包敷，焊縫致密且強度高；焊接接頭外型美觀，表面無壓痕，無損傷； 可精確受控焊接參數(shù)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠，一致性好；焊接速度快，一次成型，生產(chǎn)效率高， 勞動強度低，適用于大批量生產(chǎn)和自動化；無需任何助焊劑、焊料和保護氣體，焊接成本低； 整個過程無熱、無輻射、無煙、無廢氣、無火花、無飛濺、無需冷卻水，無輔材消耗，能耗很低， 節(jié)能環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為焊接頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為本實用新型的電路原理框圖；
[0023] 圖4為本實用新型的電路原理圖。
[0024] 圖中：1 一主箱體，2 -受流電源，3 -商壓整流器，4 一電容組，5-觸發(fā)裝置，6- 真空開關(guān)，7 -同軸線纜，8-臺架，9-焊接頭，91-導(dǎo)電線圈，92-集磁器，93-輸入端板， 94 一輸出端板，95-集磁器定位頂板，96-內(nèi)管定位卡套，97-絕緣隔板，98-絕緣支撐板， 99 一連接螺栓，910-集磁器堵頭，911 一鎖緊螺釘，912-外管，913 -內(nèi)管。

【具體實施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
[0026] 實施例：參見圖1 一圖4, 一種用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置，包括主機 和工作臺。所述主機包括主箱體1，在主箱體1內(nèi)設(shè)有帶有濾波裝置的交流電源2、變壓器、 高壓整流器3、電容組4、真空開關(guān)6以及觸發(fā)裝置5。所述交流電源2經(jīng)變壓器變壓后與高 壓整流器3相連，所述高壓整流器3同時與電容組4的各電容相連，電容組4的各電容分別 與一真空開關(guān)6相連；具體實施時，所述電容組4包括4個5kJ的儲能電容。所述觸發(fā)裝置 5包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器的信號輸入端與交流電源2相連，信號輸出端同時與各真 空開關(guān)6相連。
[0027] 其中，本實用新型中的電磁脈沖焊接裝置主電路主要由電容器組、充電電路和放 電電路以及觸發(fā)電路三部分組成。交流電源2經(jīng)變壓器升壓后，再經(jīng)高壓整流后輸出直流 電流對電容器組充電，當充電電壓達到設(shè)定數(shù)值時，觸發(fā)裝置5輸出脈沖信號，真空開關(guān)6 管導(dǎo)通，儲存在電容器組中的電場能迅速向磁場線圈（即焊接頭9中的導(dǎo)電線圈91)放電。 該主機的主要功能是：電容組4在完成高壓充電儲能后，在觸發(fā)"信號"作用下，大電流真空 開關(guān)6快速放電，形成幾百乃至上千"千安"的脈沖電流，為導(dǎo)電線圈91提供能量。采用同 時給4組儲能模組并聯(lián)充電的方式，保證了 4個模組充電效果的一致性，同時又采用了并聯(lián) 觸發(fā)方式，嚴格控制4只大電流真空開關(guān)6的導(dǎo)通時間，及開管管導(dǎo)通的同步性，用以保證 向?qū)щ娋€圈91提供有效的能量。
[0028] 所述工作臺包括臺架8和設(shè)置在臺架8上的焊接頭9,所述焊接頭9包括導(dǎo)電線圈 91和集磁器92,所述導(dǎo)電線圈91通過同軸線纜7與主機中的各真空開關(guān)6同時相連。實 際制作時，所述焊接頭9還包括輸入端板93、輸出端板94、集磁器堵頭910、集磁器定位頂板 95、以及內(nèi)管11定位卡套96。
[0029] 所述導(dǎo)電線圈91包括3組線圈導(dǎo)體，其中的導(dǎo)電線圈91設(shè)計為4. 5匝，采用導(dǎo)電 性良好的鋁合金材料制作。所述線圈導(dǎo)體的兩端分別與輸入端板93和輸出端板94相連，在 相鄰兩匝線圈導(dǎo)體之間設(shè)有絕緣隔板97,匝間絕緣采用環(huán)氧樹脂板（厚度S =2?3mm) 做隔斷，匝間連接采用紫銅板，盡量減少整個導(dǎo)電線圈91的感抗和阻抗。在輸入端板93和 輸出端板94的外側(cè)分別設(shè)置有一端部絕緣支撐板98,兩端部絕緣支撐板98通過絕緣高強 度連接螺栓99相連為一個整體；輸入端板93和輸出端板94分別通過電纜線與脈沖發(fā)生器 的信號輸出端的正負極相連。
[0030] 所述集磁器92位于導(dǎo)電線圈91內(nèi)并與導(dǎo)電線圈91同軸心線，在集磁器92的兩 端分別設(shè)有一集磁器堵頭910,所述集磁器堵頭910與集磁器92同軸心線，所述集磁器定位 頂板95利用鎖緊螺釘911分別固定在兩端部絕緣支撐板98相背離的一側(cè)，從而將集磁器 堵頭910壓住，以鎖定集磁器92的軸向位置。
[0031] 所述集磁器堵頭910的中部沿其軸向開設(shè)有一通孔，所述內(nèi)管定位卡套96的小端 插入右側(cè)集磁器堵頭910的通孔中，肩部臺階緊貼集磁器堵頭910的外端面，右側(cè)集磁器定 位頂板95軸向壓住內(nèi)管定位卡套96的大端面并固定。
[0032] 焊接時，將焊接件外管912從焊接頭9的左端插入集磁器92內(nèi)，并與內(nèi)管定位卡 套96的端部緊貼，防止向右移動。然后，將焊接件外管912的外露端用輔助卡具定位鎖緊， 防止向左移動。再將焊接件內(nèi)管913從內(nèi)管定位卡套96的中孔內(nèi)插入至焊接位置并防止 軸向位移(須控制插入深度)，使外管912與內(nèi)管913的待焊接部位同時處于集磁器92的內(nèi) 凸緣臺階處。
[0033] 本實用新型為了使磁場能量能夠匯聚成密度很高的電磁束，在焊接件與線圈之間 加入了一種叫做集磁器的部件，增強了焊接部位的磁場能量密度，提高了焊接效果。該集磁 器92采用耐熱銅合金制作，如圖所示，集磁器92主體呈圓柱狀，其兩端向中部凹陷，并具有 一沿其軸向設(shè)置且貫穿主體兩端的通孔。其中，B為集磁器長度(須長于線圈)，b為所需的 聚磁寬度(及焊縫寬度)，D為集磁器外徑(約小于線圈內(nèi)孔)，d為集螆器內(nèi)孔(約大于外管 912的外徑)。
[0034] 集磁器又稱磁通集中器，是實現(xiàn)電磁脈沖焊接的主要工裝，它具有把磁通匯聚或 移動到集磁器內(nèi)孔壁與外層工件外圓之間的間隙內(nèi)的作用。圖中I為線圈電流（由脈沖回 路提供)，i為集磁器中的感應(yīng)電流，i〇為工件中的感應(yīng)電流。集磁器可以通過改變內(nèi)壁形 狀來改變磁道的分布，使某些空間磁場加強，另一些空間的磁場減弱，達到調(diào)整焊接位置的 目的。通過改變集磁器外形尺寸以及控制放電能量，可焊接不同材料和壁厚的管件。
[0035] 制作集磁器比制線圈更容易，成本更低。在同一個導(dǎo)電線圈91上更換不同的集磁 器，就可對不同尺寸的管子進行加工，這更有利于批量生產(chǎn)。集磁器有利于延長線圈使用壽 命，控制工件的焊縫形狀，提高電磁脈沖焊接加工時的柔性化。
[0036] 為了確保輸出的脈沖電流能夠在極短的時間內(nèi)快速地從電容器組中泄放出來，在 脈沖發(fā)生器的輸出端與導(dǎo)電線圈91的連接處，采用了特制的同軸電纜線作為電流輸導(dǎo)線， 用以克服電動力，減小系統(tǒng)輸出線纜的感抗和電流損耗，使輸出的電流得到充分利用，且有 效地轉(zhuǎn)化為電磁能。
[0037] -種利用上述裝置進行制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的焊接方法，其特征在于：包 括如下步驟：
[0038] 1)先將外管912的一端從焊接頭9遠離內(nèi)管定位卡套96的一端插入集磁器92 內(nèi)，再將內(nèi)管913的一端從焊接頭9固定內(nèi)管定位卡套的一端插入集磁器92的中孔，并插 入到外管912的孔內(nèi)（插入的深度即為需要搭接焊的長度)，且外管912與內(nèi)管913之間具 有間隙。
[0039] 2)開啟脈沖發(fā)生器，使電容器組中的各電容充電，充電電壓達到設(shè)定值時，系統(tǒng)控 制觸發(fā)裝置5打開放電開關(guān)6,使電容器4快速放電；焊接時的脈沖電流至少要達到400KA 以上，通過集磁器92內(nèi)的磁力實現(xiàn)外管912與內(nèi)管913的焊接。
[0040] 焊接過程中，電流在極短的時間內(nèi)流過導(dǎo)電線圈91 (感性負載）進行釋放，產(chǎn)生瞬 間高壓脈沖磁場，同時也在外管912的表面生成感應(yīng)電流并形成一反向脈沖磁場，兩磁場 相互排斥產(chǎn)生巨大的向內(nèi)的徑向作用力，使外管912在強磁場力的作用下猛烈地撞擊內(nèi)管 913,當沖擊速度和角度等工藝條件得到滿足時，焊接面即形成原子間的冶金結(jié)合，實現(xiàn)焊 接。
[0041] 本實用新型工作原理如下：當通有電流的導(dǎo)體置于磁場中，該導(dǎo)體將受到力的作 用，這種電流與磁場相互作用而產(chǎn)生的力稱為洛侖茲力（Lorentz force)。
[0042] 因此，當電流以不同的方向運動時，兩個平行的帶電導(dǎo)體會相互排斥，本實用新型 實際上就是利用電磁力對金屬工件進行焊接的一種方法。它是利用電容器組瞬間放電，流 過導(dǎo)電線圈C的大電流il所形成的電磁能作為焊接能源而進行的焊接。
[0043]當線圈C中有電流il流過時，線圈內(nèi)放置的待焊管材T的外表面將產(chǎn)生感應(yīng)電流 i2。i2與il產(chǎn)生的磁場H垂直相交，并在H的作用下管材在徑向產(chǎn)生作用力F，這個力就 是著名的麥克斯韋電磁力。

【權(quán)利要求】
1. 一種用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置，包括主機和工作臺，其特征在于：所 述主機包括主箱體，在主箱體內(nèi)設(shè)有帶有濾波裝置的交流電源、變壓器、高壓整流器、電容 組、真空開關(guān)以及觸發(fā)裝置；所述交流電源經(jīng)變壓器變壓后與高壓整流器相連，所述高壓整 流器同時與電容組的各電容相連，電容組的各電容分別與一真空開關(guān)相連；所述觸發(fā)裝置 包括脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器的信號輸入端與交流電源相連，信號輸出端同時與各真空 開關(guān)相連； 所述工作臺包括臺架和設(shè)置在臺架上的焊接頭，所述焊接頭包括導(dǎo)電線圈和集磁器， 所述導(dǎo)電線圈通過同軸線纜與主機中的各真空開關(guān)同時相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置，其特征在于：所 述焊接頭還包括輸入端板、輸出端板、集磁器定位堵頭、集磁器定位頂板、以及內(nèi)管定位卡 套； 所述導(dǎo)電線圈包括3組線圈導(dǎo)體，所述線圈導(dǎo)體的兩端分別與輸入端板和輸出端板相 連，在相鄰兩匝線圈導(dǎo)體之間設(shè)有絕緣隔板，在輸入端板和輸出端板的外側(cè)分別設(shè)置有一 端部絕緣支撐板，兩端部絕緣支撐板通過絕緣高強度連接螺栓相連為一個整體；輸入端板 和輸出端板分別通過電纜線與脈沖發(fā)生器的信號輸出端的正負極相連； 所述集磁器位于導(dǎo)電線圈內(nèi)并與導(dǎo)電線圈同軸心線，在集磁器的兩端分別設(shè)有一集 磁器定位堵頭，所述集磁器定位堵頭與集磁器同軸心線，所述集磁器定位頂板和內(nèi)管定位 卡套利用鎖緊螺釘分別固定在兩端部絕緣支撐板相背離的一側(cè)，從而將集磁器定位堵頭壓 住，以鎖定集磁器的軸向位置； 所述集磁器堵頭的中部沿其軸向開設(shè)有一通孔，所述內(nèi)管定位卡套的小端插入右側(cè)集 磁器堵頭的通孔中，肩部臺階緊貼集磁器堵頭的外端面，右側(cè)集磁器定位頂板軸向壓緊內(nèi) 管定位卡套的大端面并固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制冷設(shè)備中銅管與鋁管焊接的裝置，其特征在于：所述 電容組包括4個5kJ的儲能電容。
【文檔編號】B23K13/01GK204094300SQ201420435518
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】龔勇, 秦鋼林, 朱飛, 鄭偉, 林敏 , 趙發(fā)東, 李墨, 許輝 申請人:重慶普爾薩科技有限公司