CN102357695A

CN102357695A - 金属零部件的高频感应钎焊焊接方法及焊接装置

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Publication number: CN102357695A
Application number: CN2011103187088A
Authority: CN
Inventors: 黄和平; 黄一淼; 张金一
Original assignee: Individual
Current assignee: Zhejiang Chint Electrics Co Ltd
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN102357695B

Abstract

本发明公开了一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，能够一次完成多焊件多焊点的高频钎焊装配成型，该方法依赖一种装置，该装置的结构包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，本发明方法利用上述的装置，按照以下步骤实施：待焊件表面的处理；焊接装置的装配，布置高频线圈和磁性头压杆；选择钎料与被焊件匹配，同时配备膏状钎剂FB303P；钎料和钎剂位置及量的最佳配置；通过高频控制器设置相应的工艺数值，进行加热焊接，保温后断电通以冷却水进行冷却到室温，即成。本发明方法能够将多工序多点的多次焊接等工序，通过实现一次焊装成型。

Description

金属零部件的高频感应钎焊焊接方法及焊接装置

技术领域

本发明属于高频焊接技术领域，涉及一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，本发明还涉及该种高频感应钎焊焊接方法所使用的焊接装置。

背景技术

现有的金属零部件的高频感应钎焊焊接技术是感应焊接技术的一种(感应焊接根据电源的频率不同分为工频、中频、超音频、高频、超高频感应焊接基本原理相同)，应用在高低压电器、机械制造、汽车制造、发电设备、太阳能、电力配件、空调、压缩机、冷却器、灯具、电机、造船、轨道车辆、航空航天、武器装备、核工业、石油化工等工业领域具有广泛的应用前景，通常用在T形、I形、H形、电缆套管、管材、散热片与管等型材纵缝焊接、管子或板(带)材的对称形状的对焊，其基本原理是就是用交流电流流向被卷曲成环状的导体(通常为一根通管制成垂直方向多层的一个感应线圈)，由此产生磁束，将金属放置其中或近旁，磁束就会贯通金属体，在与磁束自缴的方向产生涡电流(旋转电流)，于是感应电流在涡电流的影响下，金属自身发热使钎缝和钎料熔化并使其铺展，这就是感应加热。以此，对金属等被加热物体，在非接触的状态下加热。这时涡电流的特性是：在线圈接近的物体上集中，感应加热表现出在物体的表面上较强而里面较弱的特点，用这样的原理来对被加热物体的需要的部位集中加热，达到瞬间加热的效果，从而提高生产效率和工作量，达到焊接目的。这种技术的主要难度在于感应线圈(内铜冷却水的铜管)的设置与待焊件间能量的匹配；这种高频感应钎焊焊接技术在工业生产中广泛采用，但在很多场合下，采用这种技术难以获得良好的效果，其不足主要表现为：

现有技术的加热感应线圈制作技术，是将一根紫铜管在垂直方向上绕制成多层类似弹簧状的线圈，这种线圈仅能一次感应焊接一个组焊件，无法实现一次同时加工多个组焊件，在遇到要求提高生产效率和扩大产量时无能为力，成为企业提高产能及经济效益的最大障碍。

一般金属要进行感应焊接，选择合适的焊接设备和焊接工艺非常关键，通常做法是先将被焊件不断的进行多次试作，直到试作结果与焊接质量要求符合时，把这些参数作为基本参数，然后再提交设备制造厂商，设备制造厂商根据制作产品的要求和这些试作基本参数，选择比现有能力大一到二档的设备提供给焊接制造企业，焊接制造企业就把试作基本参数作为焊接工艺的条件应用到生产中，这种做法，选择的设备的可靠性和兼容性、焊接能力、产品切换等受到限制，确定设备和工艺的试作成本高，这样确定的工艺技术会产生不致密性焊缝，包括以下不良现象：母材自裂(贯穿性热裂纹)、溶蚀、夹杂物(黑色过烧氧化物)、熔合不足(开缝)、边沿熔合不足、中部熔合不足(中部冷焊)、粘焊(冷焊)、铸焊(脆性焊)、气孔(针孔)等。

这些不良现象对被焊件的影响是：降低密封性、降低焊缝强度和导电性、吸收吸附潮气，造成焊缝腐蚀，这些都会造成很大浪费。

特别是遇到异种金属铁铜件、铜银件、铜件、银件、镀铜、镀银件、钛钢、钛不锈钢、太钛铁等零部件采用搭接焊缝、使用单个感应线圈接近待焊件表面、或将被焊待焊件套在单个感应线圈中、被焊待焊件间布有钎料，由于不同材质的液固相线温度相差悬殊不同，相变温度的不同，异种材料的固溶度小、线膨胀系数、热导率的不同、常规的焊剂、钎料的铺展性、湿润性、扩散性、流淌性、晶间渗透性、机械齿合性、中间合金性、元素的蒸发性和烧损性这些性能变得恶化，钎焊界面一个产生较大内应力引发界面裂纹；另一个产生较大脆性相金属间化合物或脆性相间隙；引发钎焊强度大幅度降低；特别是遇到低压电器要求焊接连接件的导电性高和温升低的要求，例如应用高磷铜粉钎料、就达不到要求，即使形成钎缝，强度也很脆弱；另一就是这些导电体由于在自然条件下焊接，导电体铜银件感应能力差，高导电体属于高导热体、连接面过高的感应耦合能力差产生的吸收功率小加热不易、同样功率的设备焊接接铁钢件可以、焊接同样的铜银件就发生困难；导电体由于在自然条件下焊接使镀层材料例如镀银、镀铜、或纯铜、纯银表面产生非常严重的氧化层；或者许多含有碳的材料例如银石墨导电触头、聚晶金刚石(PCD)很快在分别在800℃以上产生氧化和石墨化，后工序需增加去除氧化层表面的工序，对材料本身造成浪费，成本极高；再一个就是焊接时增加投放例如氮气、氩气、氢气、氦气等的保护气的装置、或者采用多个真空高频感应钎焊过程、工艺复杂、对设备工艺要求较高、零件的装配间隙的变大会引发钎焊强度的大幅衰减、焊接效率低下；另外一个就是采用一根通管制成垂直方向多层的一个感应线圈，直接对铁铜件、铜银件、铜件、银件、镀铜、镀银件等加热焊接，镀层及材料自身表面被严重氧化和破坏，产品要获得使用，需要酸洗和重新镀层处理，有些氧化后很难处理，增加了产品成本。

除此之外，钎焊工艺的选择还有一个原则，就是钎焊温度不得高于被焊材料的B相的相变温度，以避免因焊接过程对被焊接材料自身性能的损伤，这是金属钎焊的一个技术难点，也是异种金属高频感应钎焊的技术一个难点。

在感应焊接工艺中，通常使用的环形感应线圈在高频感应电流产生的热源也是环形的，中心热流密度最小，由中心随着半径增大热流密度也逐渐增大，当增加到最大时，维持一段距离后开始衰减，而在圆环的边缘反而出现一个相对较高的热流密度区，在径向出现一个三角行热流密度的小波峰。

异种金属高频感应钎焊的另一技术难点是：在选择高频率加热降低加热时间，提高效率的过程中，急速的加热的钎焊过程会导致钎焊界面反应过于剧烈，界面同样易产生金属间化合物捕获熔融状态钎料，降低钎料的湿润性。

目前的高频感应钎焊采用急速水冷工艺，凝固过程梯度偏大，破坏材料凝固特性初晶形成不充分，产生凝固缺陷，使钎焊界面在服役过程中的稳定性下降。

现有高频感应钎焊，是利用电流的集肤和邻近原理，钎缝和钎料依靠高频交变磁场中的感应电流的电阻热来实现，频率与感应电流成正比、与电流渗透深度成反比；电流渗透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；交变频率越高，焊接速度越高，电流的肌肤效应加强，通常85％的电流强度分布在导体表层厚度，使电流渗透深度越小，加热的厚度就越薄，钎焊不大于5mm的厚度得到通用，钎焊厚件只能靠降低频率，由表面热到里层传导热实现，这样就会出现表面热未到里层钎焊缝，钎料过早熔化流失掉，因而钎焊厚件就大大受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，解决了现有技术中存在的容易降低密封性、降低焊缝强度和导电性，吸收吸附潮气、造成焊缝腐蚀的问题，同时提供了快速确定选择焊接工艺和选择设备的方法，实现一次同时焊接多件产品或一件产品进行多个焊点同时焊接。

本发明的另一目的是，提供上述的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法所使用的焊接装置。

本发明所采用的技术方案是，一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，能够一次完成多焊件多焊点的高频钎焊装配成型，该方法依赖一种装置，该装置的结构包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，

高频线圈的结构是，将一根通水的铜管沿水平方向绕制成多个开口的高频线圈，各个开口的高频线圈首尾依次连接，冷却水从第一个高频线圈一端进水，一直流经最后一个高频线圈后回水构成冷却回路；

磁性环压杆部分的结构是，在每个高频线圈轴心上方分别对应设置有磁性环，每个磁性环分别通过各自的陶瓷片安装在各自的紫铜管下端头上，陶瓷片每根紫铜管上分别连通有进水管，每个紫铜管的上端头通过调整杆与滑杆连接，滑杆向上与汽缸连接；汽缸与PLC连接，接受PLC的控制上下移动，

本发明方法利用上述的装置，按照以下步骤实施：

步骤1、待焊件表面的处理：除油污，清除过量的氧化皮；

步骤2、焊接装置的装配，布置高频线圈和磁性头压杆：

使得高频线圈的设置满足：直径与待焊件加热部分相吻合的、高频线圈感应部位的铜管与待焊件的加热面平行或等距、相邻匝间电流流向一致、垂直方向至少1圈的多个高频线圈；

另外，沿水平方向串联绕制的多个高频线圈上方布置多个对应的磁性环压杆，每个磁性环压杆的轴线中心与相应多个线圈的中心垂直，将预装的待焊件放置在夹具中，将各个线圈线圈调整到与零件焊接部位等高处；

步骤3、按照导电性要求高、牢固度要求高，选择银基钎料与被焊件匹配；或者，按照导电性不高、牢固度要求高，选择铜磷钎钎料与被焊件匹配；

同时配备膏状钎剂FB303P；

步骤4、配置钎料和钎剂位置：在焊接连接面放置匹配的钎料，在被焊件表面涂覆膏状钎剂FB303P；

步骤5、通过高频控制器设置相应的使用频率，根据下述的公式计算，并输出焊接电流、焊接时间、保温电流及保温时间控制数值：

电流单位是A，焊件重量单位是Kg，时间单位是秒，

保温电流计算按：保温电流＝焊接电流/(1.3-1.56)A，

保温时间计算按：保温时间＝焊接时间×(1.5-5)；

步骤6、按照上述步骤给出的工艺参数，将待焊件置于高频线圈中，将待焊件放入夹具中用磁性头压杆压住，将高频线圈进行加热，保温后断电通以冷却水进行冷却到室温，即成。

本发明所采用的另一技术方案是，一种用于金属零部件的高频感应钎焊焊接装置，包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，

磁性环压杆部分的结构是，在每个高频线圈轴心上方分别对应设置有磁性环，每个磁性环分别通过各自的陶瓷片安装在各自的紫铜管下端头上，陶瓷片每根紫铜管上分别连通有进水管，每个紫铜管的上端头通过调整杆与滑杆连接，滑杆向上与汽缸连接；汽缸与PLC连接，接受PLC的控制上下移动。

本发明的有益效果是：使用高频线圈及磁性头压杆，焊件接触面间选用钎料、钎剂，焊件表面涂覆焊剂，分别根据高频电源确定焊接工艺参数，控制磁路渗透路线和密度，使焊接电流为保温电流的1.3-1.56倍，保温时间为焊接时间的1.5-5倍，并在焊接高频控制器上设置连续控制，通过夹具和磁性环压杆夹持一次完成多焊件多焊点的高频感应钎焊装配成型，步骤科学合理，技术效果显著，具体包括以下几点：

1)将高频线圈(内铜冷却水的铜管)的直径、内径、匝数、圈数的设置与设备电流、频率、功率、及待焊件间能量的匹配合适。

2)尤其是同种难焊金属之间、不同厚度或异种金属板材、线材之间，克服了通常的高频钎焊焊接技术会产生不致密性焊缝不良的问题，如母材自裂、溶蚀、夹杂物(黑色过烧氧化物)、熔合不足(开缝)、边沿熔合不足、中部熔合不足(中部冷焊)、粘焊(冷焊)、铸焊(脆性焊)、气孔(针孔)的现象，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性、防止了焊缝腐蚀。

3)实现一次焊接多个零件或多个零件上不同部位的一次焊接成型，满足扩大产能，减少设备投资，杜绝加热使产品表面或镀层破坏，使产品不得不增加新的表面处理工序；同时根据公式和焊接选择范围，快速选择焊接设备和焊接工艺，多方面降低成本，使焊接效率提高10倍以上，焊接时间缩短5倍；节约电能、环保。

4)磁性环压杆作为感抗，提高了被焊接件的感应能力、提高了铜银耦合效应，短时间内增加了被焊件的吸收热功率，提高了焊接效率；改变了高频电流流动路线的位置和范围，高频电流密度更集中于待焊件的表层中心，使中心热流密度由最小变成最大；由中心随着半径增大热流密度也逐渐增大变成，由中心随着半径增大热流密度也逐渐减少。这样的好处是：钎焊厚件再不降低频率，由表面热到里层传到热使钎缝的钎料最先熔化得以实现，提高了钎焊件的钎焊厚度；焊件外边缘的钎料最后熔化，同时消除钎料过早熔化流失掉现象，使焊缝里层的溶蚀、夹渣在磁性压杆的压力下挤出里层到外面，在水的冲刷下剥离；焊缝外周形成圆润的圆角和致密的焊缝；焊接强度高。

5)通过钎料和钎剂位置的最佳配置；钎剂保证钎料熔化后完全填满钎缝间隙，使液态钎剂和钎料成连线走向，保证了钎料的铺展性和钎缝性。

6)加热快、透热光泽度好，表面无烧伤、氧化层少、节能、焊接光滑度均匀，焊接均匀度好、附着力好、热处理变形小；能加热形状复杂的待焊件；作业环境好，操作方便、温度容易控制，产品质量好，对于镀层材料和被焊件表面表面进行了保护。

附图说明

图1是本发明方法所使用的高频线圈结构示意图；

图2是本发明方法所使用的与高频线圈配套的磁性环压杆示意图；

图3是本发明方法实施例两银点触桥组焊结构示意图；

图4是图3实施例的接触桥焊接两个银点的结构示意图；

图5是本发明方法实施例中四个U型接触桥的单个银触头与接触板一次焊接成型的安装结构示意图；

图6是本发明方法实施例中两个U型接触桥中的双头银触头与接触板一次焊接成型的安装结构示意图。

图中，1.高频线圈a，2.高频线圈b，3.磁性环a，4.磁性环b，5.螺钉，6.陶瓷片，7.回水管，8.进水管a，9.进水管b，10.调整杆，11.滑杆，12.汽缸，13.接触桥，14.银触点，15.U型接触桥，16.支撑件，17.导电片，18.高频线圈d，19.高频线圈e，20.高频线圈f，21.银触头a，22.银触头b，23.银触头c，24.银触头d，25.U型接触桥a，26.U型接触桥b，27.U型接触桥c，28.U型接触桥d，29.支撑件a，30.支撑件b，31.支撑件c，32.支撑件d，33.高频线圈c，34.U型接触桥e，35.U型接触桥f。

具体实施方式

高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在待焊件的表面；并利用邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围；邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用，邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于待焊件的表层。

参照图1、图2，本发明是一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，所依赖的一种焊接装置结构是，包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，图1实施例中仅显示了水平串联的高频线圈a1和高频线圈b2，图2显示了对应的两个磁性环，图5、图6实施例中均显示有水平串联的4个高频线圈。

高频线圈的结构是，将一根通水的铜管沿水平方向绕制成多个开口的高频线圈，各个开口的高频线圈首尾依次连接，冷却水从(第一个)高频线圈a1一端进水，一直流经(最后一个)高频线圈b2后回水构成冷却回路；高频线圈数量至少为2个，或2个以上；

磁性环压杆部分的结构是，在高频线圈a1和高频线圈b2轴心上方分别对应设置有磁性环a3和磁性环b4，磁性环a3和磁性环b4分别通过各自的陶瓷片6和螺钉5安装在两根紫铜管下端头上，陶瓷片6的材质为耐高温的绝缘材料，两根紫铜管上分别连通有进水管a8和进水管b9，两根紫铜管之间连通有回水管7，紫铜管的上端头通过调整杆10与滑杆11连接，滑杆11向上与汽缸12连接；汽缸12与PLC连接，接受PLC的控制上下移动。

本发明的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法是，将一根通水的铜管(或棒件或板件)沿水平方向绕制(加工)成多个直径与待焊件加热部分相吻合的、高频线圈感应部位的铜管与待焊件的加热面平行或等距、相邻匝间电流流向一致、垂直方向至少1圈的多个高频线圈；沿水平方向串联绕制的多个线圈上方布置多个对应的磁性环压杆，每个磁性环压杆的轴线中心与相应多个线圈的中心垂直，将预装的零件放置在夹具中，将各个线圈调整到与零件焊接部位等高处，设置好钎料和钎剂，将磁性环压杆向下分别压住零件接触牢靠后，控制高频焊接电流和焊接时间，并控制预热电流和预热时间，实现多工序多点的多次焊接在一个工序焊装成型。

高频线圈可选择铜棒、铜片、铜管制成。高频线圈采用管内通水并在焊后水冷却方式。

高频线圈的头部选用1mm壁厚的直径3-7mm的退火紫铜管，或选用壁厚不小于1mm，直径5-10mm的退火紫铜管。在退火紫铜管的起始端和终止端连接有两个引出端，两个引出端的铜管外径为5-15mm、长度不小于高频线圈直径的1.2倍，两个引出端铜管与设备感应发生器进出水管相连通。

高频线圈的直径越大，高频线圈的匝数越少；

需要焊接的功率越大，高频线圈的匝数越少；

导热性或导电性越好，高频线圈的匝数越多；

功率越大，高频线圈的频率越大；

焊接功率越大，水平走向串联的高频线圈数量就越多。

表1：是高频线圈内径与加热对象材料选用匝数的对应关系

根据被焊件与高频线圈保持小于被焊件面积0.2倍的间隙的原则，选择合适的高频线圈内径数值。

焊接电流＝板材电流密度×焊件间连接端面面积，其中的板材电流密度的单位是A/cm²，焊件间连接端面面积单位是cm²。

焊接压杆压力＝气缸活塞面积×0.785×压强(kg/cm²)，其中的气缸活塞面积单位是cm²。

表2：高频线圈的大小和匝数与分机高频变压器原边匝数的匹配表

银基钎料选用：Ag-Cu系包含Ag-Cu-Li、Ag-Cu-Ni、Ag-Cu-Zn(如Ag-Cu-Zn-Sn、Ag-Cu-Zn-Gd、Ag-Cu-Zn-Ni、Ag-Cu-Zn-In、BAg30CuZn)之一；钎料厚度0.03-0.7mm。

铜磷钎料系选用：BCu92PAg(Ag2)、BCu91PAg(Ag2)、BCu89PAg(Ag5)、BCu88PAg(Ag5)、BCu87PAg(Ag6)、BCu80PAg(Ag15)、BCu76PAg(Ag17.6)、BCu75PAg(Ag18)、BCu80SnPAg(Ag5)之一；钎料厚度0.03-0.85mm。

表3：设备输入功率、输出焊接电流与允许频率匹配表

续表3

对于部分高频机行业电源企业的设置上：电源实际输出的电流是很小，但是为了用户使用上的考虑，在电源显示上通常乘以倍数。通常乘以20倍，感觉上电流很大。因此，表3的输出电流×20倍的显示值、具体实施例中没有乘以20倍，两者在焊接所需电源实际输出电流是一致的。

依据焊件的不同，焊接所需理论功率的计算公式是：

功率(KW)＝焊件重量(Kg)×温度(℃)×比热容{J/(kg)℃}/3600(秒)，即：

依据焊件的不同，焊接所需实际功率的计算公式是：

功率(KW)＝焊件重量(Kg)×温度(℃)×比热容{J/(kg)℃}/3600(秒)/(1-k)，即：

其中，铜件热量损失系数k取0.30-0.35；银件热量损失系数k取0.35-0.40；钢铁件热量损失系数k取0.28-0.32。

综上所述，本发明的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，按照以下步骤实施：

步骤1、待焊件表面处理：包括除油污，清除过量的氧化皮，确定需要进行表面镀覆的待焊件镀覆层合格，镀层选用银、铜、镍、钼、铌或铝硅等；

步骤2、装配：设备上布置高频线圈和磁性头压杆，磁性环(比如图2中的磁性环a3和磁性环b4)的直径按照：

进行确定；

步骤3、按照导电性要求高、牢固度要求高，选择银基钎料与被焊件匹配；或者，按照导电性不高、牢固度要求高，选择铜磷钎钎料与被焊件匹配；同时配备膏状钎剂FB303P；

步骤4、钎料和钎剂位置及最佳的量配置：在焊接连接面放置匹配的钎料，钎料形状选用棒状、板状、箔状、垫圈状、粉末、膏状或管状等；在被焊件表面涂覆膏状钎剂FB303P；

步骤5、通过高频控制器设置相应的使用频率，根据下述的三个公式计算后，输出最佳的焊接电流、焊接时间，同时输出最佳的保温电流及保温时间：

焊接电流＝(1061.4×焊件重量/1.68×时间)^1/2＝(631.54×焊件重量/时间)^1/2，电流单位是A，焊件重量单位是Kg，时间单位是秒，

保温电流＝焊接电流/(1.3-1.56)A，

保温时间＝焊接时间×(1.5-5倍)；

步骤6、按照前几个步骤给出的工艺参数，将待焊件置于高频线圈中，将待焊件放入夹具中用磁性头压杆压住，将高频线圈进行加热，保温后断电通以冷却水进行冷却到室温；

步骤7、钎缝或整个待焊件焊后的保护处理：清洗钎剂残留物，镀其它惰性金属保护层，氧化或钝化处理、喷漆等。

实施例1

异种金属不同厚度之间高频交流焊接：

如图4，实施例1中的第一个焊件是一个U型接触桥15，为铁镀铜槽；第二个焊件是中间焊接有导电片17，第三个焊件是铁镀铜槽表面两端各焊接有一个银触点14；

首先是选择设备：

选择设备功率，其中的理论功率为：

功率(KW)＝焊件重量(Kg)×温度(℃)×比热容{J/(kg)℃}/3600(秒)，

铁镀铜槽重量0.033Kg，两银触点0.011Kg、导电板重量0.021Kg、银铜组焊件总重量为0.065Kg；银Ag比热容234J/kg；铜Cu比热容390J/kg；钎焊温度选用770-900℃，将以上参数带入公式计算得出：

银铜组焊件的理论功率是6.8-7.97KW，

考虑到空气、水冷及待焊件的散热，对功率的损失为理论功率的30％-35％，则银铜组焊件实际功率＝(6.8-7.97)/(1-(30％-35％))＝9.71-12.26(KW)。

选择40KVA的高频焊接设备，输入电压380V-420V；输出电流180-2000A；允许频率45-200KHz；最佳使用频率区间80-160KHz；加热时间1-99s，保温时间1-99s；输入电源电缆线要求；16mm²铜线；输入电源开关3×125A；设备接地线为6mm²软铜线；设备进水管内径25mm，出水管内径13mm，接水阀水管内径25mm，冷却水压力＞0.2MPa；流量＞20L/Min，主机进水口1个，出水口3个；分机进水口2个，出水口3个；自身带环氧树脂浇铸全水冷变压器，高频发生器主机和分机互连；温度高频控制器、感应线圈装置装在分机、由固体电路程序焊控制系统供电，采用钎剂和钎料、调定好一个高频焊程序使其焊接合格检验标准：超声薄检测钎着率＞70％，剪切力＞700-2000N{低压电器用接触板(桥)}或触头材料电阻焊接文件所要求的最低值。

其次是对实施例1中三种零件的具体描述如下：

第一个焊件是冷轧制后的低压电器接触器U型接触桥15，用1.2mm冷轧钢板Q235-A-F冲制成型39.5mm×11.5mm×4.8mm，接触桥两端点焊接厚度2mm的弧角，冷轧钢板Q235-A-F冲制成型；点焊焊接成型接触桥槽型：接触桥槽型材料经过去油、清洗镀铜0.6um；冲压成型11.5mm×5m圆弧形试样，截面为11.5×2mm、11.5×2mm为点焊接接面。

第二个焊件是接触桥槽型用的T3Y2材料厚度1.5mm的导电片17紫铜板，冲制成型34.5mm×9.0mm。并配以焊接前要求：清洗处理，涂覆焊剂FB303P；在焊料片34.5mm×9.0mm×0.15mm。

第三个焊件是所用材料是冷轧制后的低压电器接触器银触点14，材质采用银合金Ag-SnO₂₍₉₎-In₂O₃₍₄₎，焊接面覆焊层不小于0.16、厚度2.5mm，把料片冷冲压切成11mm×8mm×2.5mm的矩形试样，把截面11mm×8mm的面作为焊接面，该面在焊接前要求：清洗处理，涂覆焊剂FB303P；在焊料片11mm×8mm×0.2mm。

(1)低压电器接触器银触点14是主要工作面，加热需要保护，因此选择U型接触桥15作为加热面。

设置加热所用的高频线圈和磁性头压杆：

布置高频线圈和磁性头压杆，磁性头压杆前端直径为

磁性环装在压杆前端的后面，磁性环

高频线圈选用壁厚1.5mm、直径7mm的退火紫铜管；将一根通水的铜管绕制成2个开口的高频线圈(每个开口即是加热工具-高频线圈)与待焊件加热部分的相吻合、感应部位的铜管与待焊件的加热面平行或等距、相邻匝间电流流向一致，同一平面绕制2个线圈串联，相邻匝之间绕制耐高温的绝缘材料(硅胶管、玻璃丝带)；两个引出端铜管外径7mm、长度为39.5×1.2倍＝47.4mm，即两个引出端铜管选择50mm长、线圈￠50mm以下内径，选择2匝，高频线圈沿着水平串联布置在磁性环压杆垂直下方，采用管内通水并在焊后水冷却。

(2)根据银触点14、导电片17、U型接触桥15(即本实施例的三个焊件)的热物理性能，选择焊接温度、电流时间和压力的原则为：

根据高频电流特性决定的电流渗透深度、选择频率、对应的电流强度、导热性，选择焊接电流脉冲持续时间，高温强度选择压力并参考对预防裂纹和热敏感性等加以修正。

钎剂焊接温度选择为钎料低于50℃-120℃；银触点14、、导电片17的最佳钎焊温度770℃-900℃；考虑钎料的铺展性和钎缝性，选择硬钎焊接，钎剂选择FB303P，加热温度850℃±50℃，钎料根据导电性和产品电寿命要求，选择含银在20％以上的银基钎料，银基钎焊温度800℃-970℃；选银铜锌(BAg25CuZn)、固相线温度700℃、液相线温度800℃，钎料BAg25CuZn规格为34.5mm×9mm×0.15mm。

(3)给高频控制器设置最佳使用频率、输出焊接电流、焊接时间

焊接频率选择160KHz，根据钎着率大于70％和良好的钎缝及外观圆角，选择焊接时间和电流；

保温电流＝焊接电流/(1.3-1.56)；

保温时间＝焊接时间×(1.5-5)倍；

将银触点14、导电片17、U型接触桥15的厚度和规格代入以上公式计算高频焊接工艺条件；另外，将高频线圈制作成相应的与产品保持1-2mm间隙、形状吻合的线圈。

一只接触桥触点银铜组焊件总重量0.065Kg；加热时间控制在23-35s；

焊接时间选择10秒，则保温时间＝焊接时间×(1.5)倍＝15秒；

焊接电流＝40A；

保温电流＝焊接电流/1.3＝40/1.3＝31(A)；

以上为实际计算的高频感应焊接所需功率及焊接参数，综合以上技术方案得到所用焊接程序一般如下：

实际银铜组焊件功率9.71KW-12.26KW；焊接频率160KHz；

焊接电流40A、焊接时间选择10s、保温电流31A、保温时间15s，

磁性环

压杆接近速度为30-40mm/s；焊接载荷为1.5Kg；磁性头压杆前端直径为钎着率测试为85％-100％；剪贴力测试为950-2200N；焊接速度为最高4焊点/分钟；(银触点14、导电片17、U型接触桥15)银铜组焊件给料为手动方式。

焊接操作过程详述：

结合图1，本实施例焊接操作过程是：将以上焊接程序分别输入焊控器中和PLC高频控制器(程序设定)中，焊接电流和焊接时间由焊控器控制，焊接电流由变压器提供，通过高频线圈感应输出；压力设定由调节器和调压阀设定，冷却水，提供空气压力，将焊剂FB303P膏涂覆于所要焊接各零件；给低压电器接触器U型接触桥15槽型中放置银基钎料片BAg25CuZn；将导电片17放在银基钎料片上后，放入设备指定位置的夹具上，接触桥槽型的上面两段先放置银基钎料片Bag30CuZn，再在银基钎料片上面放置好银触点14。同样重复此动作，将另一组各焊接零件和钎料钎剂放置在另一夹具的指定位置。

参照图3、图4，将一个接触桥13高频感应焊接成型，将钎剂FB303P涂覆于U型接触桥15和导电片17，将导电片17放置在设备支撑件16上，导电片17上放置BAg25CuZn银焊片，U型接触桥15压在导电片17上，在U型接触桥15两端再放置BAg25CuZn银焊片，两个银触点14压在BAg25CuZn银焊片上，再将钎剂FB303P涂覆于两个银触点14上。(相对应于本段描述，图3是焊接图；图4是两个银触点14装在一个槽型的U型接触桥15的盖两端的示意图；槽型的U型接触桥15槽中间装有一个导电片17的零件图)

按下设备启动按钮，PLC控制电磁阀动作，电磁阀的通断控制各点的汽缸动作，汽缸带动两组高频线圈和磁性压杆移动，高频线圈a1和高频线圈b2通水后套在钎焊面周围或上面(上焊件是单件放在周围、大件或多件同事焊放在上面)，汽缸12带动滑杆11将两紫铜管上的磁性环a3、磁性环b4和陶瓷片6压下，将接触桥槽、导电片、银触点压紧后，进水管a8和进水管b9分别通水，变压器在PLC程序的指令下提供电流，焊件在高频线圈产生感应电流，待焊钎焊面处于高频160KHz的交变的磁场中，产生涡流电流流经待焊面处的电阻发热，首先将在钎料熔化前，钎剂FB303P先熔解，去除被焊件表面氧化层，然后银基钎料片Bag30CuZn熔化沿着接头0.1-0.2mm间隙直线式迅速铺展和湿润形成钎焊面的铺展底层，焊接电流完成熔化后；由保温电流继续加热和保温，将钎焊面的熔化钎焊铺展底层均匀渗透到导电板、触头、接触桥槽钎焊面层中，在钎剂熔解的氧化层在磁性压杆的压力和旋转磁力下，及流淌的钎料的挤压下排除接头外面，等钎料形成圆滑的圆角后，这时焊接保温电流和压力通过磁性压杆对被焊待焊件施加焊接过程，焊接完成，断电通冷却水将焊件和线圈冷却到室温，得到所需的牢固密封性焊缝。

焊接结果检验验证：

对焊接结果作超声波检测试验，焊接后的产品检验钎着率达到85％-100％，剪贴力分别设置为1900N、1800N、2200N、2100N、1900N、1850N、2000N、1950N，通过对不同剪贴力保持10s，各个焊接件均没有出现脱落现象。

破坏性剥离；焊接母材断裂及严重卷曲，各个焊接件均未出现焊接层牢固度脱落现象。

经过10万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良现象，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀，焊缝合格率保持100％，焊接效率提高180％。铁镀铜层和银触头、接触桥、导电件表面在焊接过程中保护良好，为后序工序镀银提供了良好的表面。

实施例2

异种金属不同厚度之间焊接(铜铁银钎焊接)：

加工对象是一个生产交流接触器公司触头组件，为一个铁镀铜槽，中间焊接有导电板、铁镀铜槽表面两端各焊接有一个银触点。

按照实施例1的模型构成对以下交流接触器的接触桥和触头焊接工艺和高频感应钎焊接果进行统计：将不同厚度的和规格的铁镀铜槽、银触点、导电板代入以上公式计算高频焊接工艺参数；另外，将铜管弯制成相应的与产品保持1-2mm间隙、形状吻合的多个高频线圈。

表4：是高频感应钎焊基本工艺参数对比(交流接触器接触桥)

表5：典型高频感应钎焊基本工艺参数对比(交流接触器接触桥)

表6：典型高频感应钎焊钎焊结果对比(交流接触器接触桥)-焊缝合格率提高到100％

表7：典型高频感应钎焊钎焊结果对比(交流接触器接触桥)-焊缝合格率提高到100％

规格1经过30万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀。焊缝合格率保持100％，焊接效率提高160％。

规格2经过26万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀。焊缝合格率保持100％，焊接效率提高130％。

实施例3

交流接触器触点高频钎焊

按照实施例1的以上模型对以下交流接触器的接触桥和触头进行焊接工艺和高频感应钎焊接果进行统计：

规格3：

U型接触桥：银触头18mm×13mm×1.7mm；

T3、Y4接触板18mm×55mm×18mm×5；

钎料Bag30CuZn片：0.2mm×13mm×18mm×R15，

钎剂FB303P膏装，焊接前所有面全部涂覆；

磁性环直径：

压力：0.2Mpa；串联高频线圈：

银触头与接触板组焊重量：0.098kg；

理论所需功率：8.1746-9.555KW；实际所需功率：12.56-14.7KW，

焊接电流47-50A；焊接时间18-23s；保温电流38-41A；保温时间50-60s；

规格4：

U型接触桥：银触头22mm×17mm×2.5mm；

T3、Y4接触板18mm×55mm×23.5mm×5；

钎料Bag30CuZn片：0.2mm×22mm×17mm×R32；钎剂FB303P膏装，焊接前所有面全部涂覆；

磁性环直径：

压力：0.2Mpa；串联高频线圈：

银触头与接触板组焊重量：0.107kg；

理论所需功率：8.9-10.43KW；实际所需功率：13.69-16KW；

焊接电流50-55A；焊接时间24-27s；保温电流38-42A；保温时间96-100s；

规格3经过38万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀。焊缝合格率保持100％，焊接效率提高260％。

规格4经过29万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀。焊缝合格率保持100％，焊接效率提高330％。

实施例4

银铜焊接的塑壳断路器高频钎焊

按照例1的以上模型对以下交流接触器的接触桥和触头进行焊接工艺和高频感应钎焊接果进行统计：

参照图5，一次同时将4件产品焊接成型，将四个U型接触桥(U型接触桥a25、U型接触桥b26、U型接触桥c27、U型接触桥d28)高频感应焊接成型，具体是将钎剂FB303P涂覆于该四个U型接触桥和对应的四个银触头(银触头a21、银触头b22、银触头c23、银触头d24)上，将该四个U型接触桥依次放置在四个对应设备的支撑件(支撑件a 29、支撑件b 30、支撑件c 31、支撑件d 32)上，在该四个U型接触桥上分别放置BAg25CuZn银焊片，再将上述的四个银触头分别压在四个银焊片上，与上述的四个高频线圈(高频线圈c17、高频线圈d18、高频线圈e19、高频线圈f20)水平方向上配套布置的四个磁性环压杆在汽缸作用下，运动到银触头焊接处及四个磁性环压杆压在对应的银触头上，在高频电流作用下实现4件产品的一次焊接成型。

规格5：U型接触桥：银触头6mm×3.5mm×2.5mm；

T3、Y4接触板规格8mm×44mm×3mm；

钎料Bag30CuZn片：0.2mm×6mm×2.5mm×R10；钎剂FB303P膏装，焊接前所有面全部涂覆；

磁性环直径：

压力：0.2Mpa；串联高频线圈：

银触头与接触板组焊重量：0.025kg；

理论所需功率：2.08-2.44KW；实际所需功率：3.2-3.75KW；

焊接电流35-37A；焊接时间7-9s；保温电流33-36A；保温时间16-18s；

规格5经过29万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀，焊缝合格率保持100％，焊接效率提高920％。

参照图6，规格6，一次同时将两组U型接触桥(U型接触桥e 34、U型接触桥f 35)高频感应焊接成型，规格6的工艺方法同实施例4规格5，还是四个高频线圈(33、18、19、20)，不同是两个U型接触桥(U型接触桥e 34、U型接触桥f 35)的规格均为8mm×88mm×3mm，单个长度88是图5实施例中的2倍，但数量是图5实施例中的一半，总重量与图5实施例中的相同，其加热工艺略有不同。另外设置焊接电流32-35A；焊接时间6-8s；保温电流32-35A；保温时间20-30s。

规格6经过28万件产品的检验均符合质量要求，消除了不致密性焊缝不良，提高被焊件的密封性、焊缝强度和导电性，防止了焊缝腐蚀，焊缝合格率保持100％，焊接效率提高1050％。

本发明方法实施例，实现了一次焊接多个零件及多个焊点的焊接，满足扩大产能。减少设备投资，杜绝加热使产品表面或镀层破坏，使产品不得不增加新的表面处理工序。同时根据公式和焊接选择范围，快速得到焊接工艺参数，多方面降低成本，增加企业效益。

Claims

1.一种金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，能够一次完成多焊件多焊点的高频钎焊装配成型，其特征在于，该方法依赖一种装置，该装置的结构包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，

磁性环压杆部分的结构是，在每个高频线圈轴心上方分别对应设置有磁性环，每个磁性环分别通过各自的陶瓷片安装在各自的紫铜管下端头上，陶瓷片每根紫铜管上分别连通有进水管，每个紫铜管的上端头通过调整杆(10)与滑杆(11)连接，滑杆(11)向上与汽缸(12)连接；汽缸(12)与PLC连接，接受PLC的控制上下移动，

本发明方法利用上述的装置，按照以下步骤实施：

步骤1、待焊件表面的处理：除油污，清除过量的氧化皮；

步骤2、焊接装置的装配，布置高频线圈和磁性头压杆：

同时配备膏状钎剂FB303P；

电流单位是A，重量单位是Kg，时间单位是秒，

保温电流计算按：保温电流＝焊接电流/(1.3-1.56)A，

保温时间计算按：保温时间＝焊接时间×(1.5-5)；

2.根据权利要求1所述的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，其特征在于：所述高频线圈的结构是，将一根通水的铜管沿水平方向绕制成高频线圈a(1)和高频线圈b(2)，两个高频线圈首尾依次连接，冷却水从高频线圈a(1)一端进水，一直流经高频线圈b(2)后回水构成冷却回路；

所述磁性环压杆部分的结构是，在高频线圈a(1)和高频线圈b(2)轴心上方分别对应设置有磁性环a(3)和磁性环b(4)，磁性环a(3)和磁性环b(4)分别通过各自的陶瓷片(6)和螺钉(5)安装在两根紫铜管下端头上，陶瓷片(6)的材质为耐高温的绝缘材料，两根紫铜管上分别连通有进水管a(8)和进水管b(9)，两根紫铜管之间连通有回水管(7)，紫铜管的上端头通过调整杆(10)与滑杆(11)连接，滑杆(11)向上与汽缸(12)连接；汽缸(12)与PLC连接，接受PLC的控制上下移动。

3.根据权利要求1或2所述的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，其特征在于：所述高频线圈的直径越大，匝数越少；

或者，需要焊接的功率越大，匝数越少；

或者，导热性或导电性越好，匝数越多；

或者，功率越大，频率越大；

或者，焊接功率越大，水平走向串联的高频线圈数量就越多。

4.根据权利要求1或2所述的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，其特征在于：所述高频线圈的头部选用1mm厚的直径3-7mm的退火紫铜管；

或者，高频线圈的头部选用壁厚不小于1mm的直径5-10mm的退火紫铜管；

相邻匝之间绕制耐高温的绝缘材料；

两个引出端铜管外径5-15mm、长度不小于线圈的直径1.2倍。

5.根据权利要求1所述的金属零部件的高频感应钎焊焊接方法，其特征在于：所述步骤5中，焊接件所需功率的确定是，

依据产品选择焊接所需理论功率：

依据产品选择焊接所需实际功率：

6.一种用于金属零部件的高频感应钎焊焊接装置，其特征在于：包括高频线圈及磁性环压杆两部分，该高频线圈及磁性环压杆两部分均与高频控制器连接，接受高频控制器的统一控制，

磁性环压杆部分的结构是，在每个高频线圈轴心上方分别对应设置有磁性环，每个磁性环分别通过各自的陶瓷片安装在各自的紫铜管下端头上，陶瓷片每根紫铜管上分别连通有进水管，每个紫铜管的上端头通过调整杆(10)与滑杆(11)连接，滑杆(11)向上与汽缸(12)连接；汽缸(12)与PLC连接，接受PLC的控制上下移动。

7.根据权利要求6所述的高频感应钎焊焊接装置，其特征在于：所述的高频线圈的结构是，将一根通水的铜管沿水平方向绕制成高频线圈a(1)和高频线圈b(2)，两个高频线圈首尾依次连接，冷却水从高频线圈a(1)一端进水，一直流经高频线圈b(2)后回水构成冷却回路；

8.根据权利要求6所述的高频感应钎焊焊接装置，其特征在于：所述高频线圈的直径越大，匝数越少；

或者，需要焊接的功率越大，匝数越少；

或者，导热性或导电性越好，匝数越多；

或者，功率越大，频率越大；

9.根据权利要求6所述的高频感应钎焊焊接方法，其特征在于：所述高频线圈的头部选用1mm厚的直径3-7mm的退火紫铜管，或者，高频线圈的头部选用壁厚不小于1mm的直径5-10mm的退火紫铜管；

相邻匝之间绕制耐高温的绝缘材料；两个引出端铜管外径5-15mm、长度不小于线圈的直径1.2倍。