CN102581416B - 一种焊接治具及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种焊接治具及利用该治具的焊接方法，该治具包括上、下压头及用于预设上压头的最大行程的螺轴定位机构，利用该治具，以铝合金件和不锈钢件为焊接件的焊接方法，其步骤包括：在所述铝合金件和不锈钢件实施表面处理后，丝印焊锡膏或者贴固态焊锡片；预设上压头的最大行程，固定铝合金件和不锈钢件；加热焊锡膏/焊锡片使之熔化，且加热过程中上压头下移压实直至上、下压头之间的距离缩小至设计的焊接口装配间隙；冷却焊接件，形成钎焊接头。本发明利用配套的焊接治具，通过在电镀有高温锡的铝合金件和不锈钢件表面实施锡焊，可以提高焊接装配的便捷性和可靠性，实现装配尺寸的可控制性、稳定性和准确性。

Description

一种焊接治具及焊接方法

技术领域

  本发明涉及焊接工艺领域，尤其涉及一种焊接治具及利用该治具的焊接方法。

背景技术

铝合金因密度低、易于加工成形，且通过阳极氧化等表面处理可以获得丰富且鲜艳的外观效果等特性，在数码产品上获得了广泛的应用。但铝合金强度不够高，在某些场合往往需要在铝合金上连接不锈钢来对铝合金的强度进行补强。铝合金与不锈钢的连接可采用螺钉、铆接、焊接等方式。但是螺钉连接需要较大的装配空间，不利于数码产品的轻薄化；铆接会存在铆接痕和积料，会影响产品的精细度，另外，为便于铆接，产品需有特殊的结构要求且铆接不够可靠。而焊接则可克服螺钉连接和铆接的问题，实现铝合金和不锈钢的良好连接。

由于铝合金易于氧化，且铝与铁会形成脆性金属间化合物，当采用激光熔化焊时，焊接强度无法满足实际使用要求。而采用常规钎焊时，由于钎料在铝合金和不锈钢表面的铺展润湿性能不一致，也无法获得好的焊接效果。 

发明内容

为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种焊接治具及焊接方法，以使铝合金件与不锈钢件的焊接强度满足产品的强度要求，同时提高焊接装配的便捷性和可靠性，确保装配尺寸的稳定性和准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种焊接治具，所述治具包括上、下压头，该上、下压头的相向面上分别设有与焊接件匹配的安装槽位，所述上压头连接一通过气缸驱动的传动轴，该上压头上还装配有用于预设上压头的最大行程的螺轴定位机构。所述螺轴定位机构包括一调距轴，该调距轴下端穿过下压头预设的定位通孔，中部套有一固定于下压头的支承轴套，上端设有螺纹与调距螺母配合，所述调距螺母锁定于支承轴套上。

一种利用上述治具的焊接方法，以铝合金件和不锈钢件为焊接件，所述焊接方法的步骤如下：

步骤1，在所述铝合金件和不锈钢件表面电镀熔点＞270℃的高温锡；

步骤2，在所述不锈钢件或铝合金件的焊接位丝印焊锡膏或者贴固态焊锡片；

步骤3，根据设计的焊接口装配间隙及焊接件的尺寸调整螺轴定位机构，分别将铝合金件和不锈钢件固定于上、下压头的安装槽位内，调整上、下压头的距离令焊锡膏/焊锡片分别与铝合金件、不锈钢件面接触；

步骤4，加热焊锡膏/焊锡片使之熔化，加热过程中上压头下移直至达到最大行程，此时，焊接件之间的距离缩小至设计的焊接口装配间隙；

步骤5，停止加热，冷却焊接件，形成钎焊接头。

进一步地，所述步骤1中铝合金件和不锈钢件表面全镀高温锡，或者于此二者的焊接位表面分别镀高温锡。

进一步地，所述治具的上、下压头内装有电热线圈，步骤4通过该电热线圈加热焊锡膏/焊锡片使之熔化。

或者，所述步骤4通过过回流焊炉加热焊锡膏/焊锡片使之熔化。

进一步地，所述焊锡膏/焊锡片采用无铅焊锡料，熔点为199℃-227℃。高温锡镀层为熔点＞270℃的Sn-Cu基或Sn-Ni基或Sn-Zn基的锡合金镀层。

按照常规钎焊要求，所述两焊接件之间的焊接口装配间隙为0.01～0.1mm。

本发明与现有技术相比，利用配套的焊接治具，通过在电镀有高温锡的铝合金和不锈钢表面实施锡焊，且加热过程中通过压头将铝合金件和不锈钢件压实至设计的装配尺寸，避免了常规钎焊时由于钎料在铝合金和不锈钢表面的铺展润湿性能不一致，焊接强度不高的问题，同时可以提高焊接装配的便捷性和可靠性，实现装配尺寸的可控性、稳定性和准确性。

附图说明

附图1为本发明的治具结构示意图；

附图2为本发明的焊接件装配示意图。

图中：1-铝合金件，2-不锈钢件，3-焊锡膏/焊锡片，4-上压头，5-下压头，6-电热线圈，7-传动轴，8-螺轴定位机构，9-调距轴，10-支承轴套，11-调距螺母。 

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种焊接治具，所述治具包括上压头4、下压头5，该上、下压头的相向面上分别设有与焊接件匹配的安装槽位，所述上压头4连接一通过气缸驱动的传动轴7用于实现上压头的上下运动，该上压头4上还设有螺轴定位机构8，用于预设上压头4的最大行程。

所述螺轴定位机构8包括一调距轴9，该调距轴9下端穿过下压头5预设的定位通孔，中部套有一固定于下压头5的支承轴套10，上端设有螺纹与调距螺母11配合，所述调距螺母11锁定于支承轴套10上。所述调距轴9下端设有纵向凹槽，上压头4所设定位孔的形状与之相匹配，限制调距轴9的转动。调距轴9与调距螺母11相配合，通过旋转调距螺母11以实现调距轴9的上下移动，通过调整调距轴9下端超出上压头的长度实现上压头最大行程的调整。当距离调整合适后，通过螺柱和螺母将调距螺母11锁定在支承轴套10上，以防止调距轴9在焊接过程中的上下移动。

本发明还公开了一种利用上述焊接治具的焊接方法，该焊接方法以铝合金件1和不锈钢件2为焊接件，步骤如下：

步骤1，根据实际需要在所述铝合金件1和不锈钢件2表面电镀熔点＞270℃的Sn-Cu基或Sn-Ni基或Sn-Zn基的高温锡合金镀层；

步骤2，在所述不锈钢件1或铝合金件2的表面需焊接部位丝印半固态的焊锡膏3或者事先加工相应形状的固态焊锡片3，直接将焊锡膏/焊锡片3贴在不锈钢件1或铝合金件2需焊接的部位，所述焊锡膏/焊锡片3采用无铅焊锡料，熔点为199℃-227℃；

步骤3，根据设计的焊接口装配间隙及焊接件的尺寸调整螺轴定位机构8以限制上压头4的最大行程，按设计要求将铝合金件1固定于上压头4，不锈钢件2固定于下压头5，将治具上压头4缓缓下移，调整上、下压头的距离令焊锡膏/焊锡片3分别与铝合金件1、不锈钢件2面接触；

步骤4，加热焊锡膏/焊锡片3使之熔化，加热过程中上压头4下移压实直至达到最大行程，此时，焊接件之间的距离缩小至设计的焊接口装配间隙；

步骤5，待所述焊锡膏/焊锡片3熔化后停止加热，冷却焊接件，形成钎焊接头。

所述步骤4通过过回流焊炉加热焊锡膏/焊锡片3使之熔化，该回流焊炉的波峰温度设为220℃-240℃。或者，所述治具的上、下压头内装有电热线圈6，步骤4通过该电热线圈6加热焊锡膏/焊锡片3使之熔化，加热温度设为230℃-270℃。

本发明遵从常规钎焊的一般要求，所述铝合金件1与不锈钢件2的焊接口装配间隙为0.01～0.1mm。

本发明所述的焊接方法，铝合金件与不锈钢件的焊接强度（即焊好后产品的剥离力）与两者的焊接面积及表面状态有关，在空间允许的条件下，可以通过提高铝合金件与不锈钢件的焊接面积或在焊接件表面先实施拉丝、喷砂、镭雕等表面处理来提高两者的焊接强度。

铝合金件和不锈钢件电镀高温锡，可以提高焊锡在两者表面的润湿铺展性；电镀区域可根据实际需要选择全镀或局部镀，若是局部镀，则丝印焊锡膏的部位要有高温锡镀层。焊锡膏通过丝印方式涂覆在铝合金件或不锈钢件需焊接的区域，或是直接加工成固态焊锡片，装夹在铝合金件和不锈钢件中间。下面结合实施例对本发明的焊接方法作进一步详述。

实施例1

如附图1所示，先根据设计要求在铝合金件1和不锈钢件2表面电镀高温锡镀层，电镀区域根据实际需要可选择全镀或局部镀，然后在焊接位上焊锡3，通过丝印方式在不锈钢件2或铝合金件1表面涂覆半固态焊锡膏，或是直接加工成固态焊锡片贴在铝合金件1或不锈钢件2表面。按照设计要求调整治具上压头4的最大行程。将带焊锡3的不锈钢件2和铝合金件1在治具内装配好，装配时保证焊锡膏/焊锡片在铝合金件1和不锈钢件2中间，再将治具的上压头4向下移，直至铝合金件1与焊锡3贴合。治具的压头内装有电热线圈6，以向铝合金件1和不锈钢件2提供热量，从而将焊锡3熔化。接通压头内的电热线圈电源，给焊锡3加热直至其熔化，待焊锡3完全熔化并在铝合金件1和不锈钢件2表面铺展后，关闭电热线圈电源。在给焊锡3加热过程中治具上压头4一直下移直至其最大行程，将铝合金件1、焊锡3、不锈钢件2压实，保证焊接的可靠性和装配尺寸的稳定性及准确性。此时上、下压头间的距离即为装配尺寸。在上压头4下移至其最大行程后，在最低点保持一段时间直至焊锡冷却，即完成铝合金件1与不锈钢件2的焊接。

本实施例的焊锡采用Sn-Ag-Cu系无铅焊锡（Sn-3.0Ag-0.5Cu），熔化温度217℃-220℃。通过试验调整电热线圈的加热温度与焊锡的熔点相匹配，一般需高出焊锡熔点，以弥补因热量的扩散、传导等造成的温度差。电热线圈温度设为245℃，在焊接面积为20mm²的情况下，焊接样品的正向拉拔力在250N以上，可以满足数码产品的应用要求。

实施例2

本实施例的焊锡采用Sn-Zn系无铅焊锡，熔化温度199℃。所述治具的上、下压头不需内置电热线圈，通过过回流焊炉加热焊锡膏/焊锡片3使之熔化，调整回流焊炉的加热温度与焊锡的熔点相匹配，该回流焊炉的波峰温度设为220℃。在给焊锡加热过程中治具上压头一直下移直至到达其最大行程，将铝合金件、焊锡、不锈钢件压实。在上压头下移至最低点后，在最低点保持一段时间直至焊锡冷却形成钎焊接头。

实施例3

本实施例的焊锡采用Sn－Cu系无铅焊锡（Sn－0.75Cu），熔化温度227℃。通过过回流焊炉加热焊锡膏/焊锡片3使之熔化，调整回流焊炉的加热温度与焊锡的熔点相匹配，该回流焊炉的波峰温度设为240℃。在给焊锡加热过程中治具上压头一直下移直至其最大行程，将铝合金件、焊锡、不锈钢件压实。在上压头下移至最低点后，在最低点保持一段时间直至焊锡冷却形成钎焊接头。

上述实施例中提到的内容并非是对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种焊接治具，所述治具包括上、下压头，该上、下压头的相向面上分别设有与焊接件匹配的安装槽位，所述上压头连接一传动轴，其特征在于：该上压头上还装配有用于预设上压头的最大行程的螺轴定位机构；所述螺轴定位机构包括一调距轴，该调距轴下端穿过上压头预设的定位通孔，中部套有一固定于上压头的支承轴套，上端设有螺纹与调距螺母配合，所述调距螺母锁定于支承轴套上；所述调距轴下端设有纵向凹槽，上压头所设定位通孔的形状与之相匹配，限制调距轴的转动。

2.根据权利要求1所述的焊接治具，其特征在于：所述上压头的传动轴通过气缸驱动。

3.一种焊接方法，以铝合金件和不锈钢件为焊接件，焊接治具包括上、下压头，该上、下压头的相向面上分别设有与焊接件匹配的安装槽位，所述上压头连接一通过气缸驱动的传动轴，该上压头上还装配有用于预设上压头的最大行程的螺轴定位机构；所述螺轴定位机构包括一调距轴，该调距轴下端穿过上压头预设的定位通孔，中部套有一固定于上压头的支承轴套，上端设有螺纹与调距螺母配合，所述调距螺母锁定于支承轴套上；

所述焊接方法的步骤如下：

步骤1，在所述铝合金件和不锈钢件表面电镀熔点＞270℃的高温锡；

步骤2，在所述不锈钢件或铝合金件的焊接位丝印焊锡膏或者贴固态焊锡片；

步骤3，根据设计的焊接口装配间隙及焊接件的尺寸调整螺轴定位机构，分别将铝合金件和不锈钢件固定于上、下压头的安装槽位内，调整上、下压头的距离令焊锡膏/焊锡片分别与铝合金件、不锈钢件面接触；

步骤4，加热焊锡膏/焊锡片使之熔化，加热过程中上压头下移直至达到最大行程，此时，焊接件之间的距离缩小至设计的焊接口装配间隙；

步骤5，停止加热，冷却焊接件，形成钎焊接头。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤1中铝合金件和不锈钢件表面全镀高温锡，或者于此二者的焊接位表面分别镀高温锡。

5.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于：所述治具的上、下压头内装有电热线圈，步骤4通过该电热线圈加热焊锡膏/焊锡片使之熔化。

6.根据权利要求4所述的焊接方法，其特征在于：所述步骤4通过过回流焊炉加热焊锡膏/焊锡片使之熔化。

7.根据权利要求5或6所述的焊接方法，其特征在于：所述焊锡膏/焊锡片采用无铅焊锡料，熔点为199℃-227℃。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于：所述高温锡镀层采用Sn-Cu基或Sn-Ni基或Sn-Zn基的锡合金镀层。

9.根据权利要求8所述的焊接方法，其特征在于：所述不锈钢件和铝合金件的焊接口装配间隙为0.01～0.1mm。

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