CN106238853B - 等离子钎焊机 - Google Patents

Abstract

一种等离子钎焊机包括焊枪与引弧机构，焊枪包括枪嘴及电极，电极设置于枪嘴内并与枪嘴之间间隔形成电离空间，枪嘴开设有与电极连通的穿针孔；引弧机构包括其内设置有引弧腔的引弧座及引弧针，引弧腔的一端开设有与外界连通的开口，引弧针设置于引弧腔内且与开口保持一定间隔；枪嘴经开口可插拔地收容于引弧腔内，电极通过穿针孔与引弧针可分离地接触。本发明等离子钎焊机中，把引弧机构从焊枪中分离出来，即通过外置引弧机构对焊枪进行引弧，使焊枪体积大为缩小，操作工易于上手，劳动强度也大为降低，且有利于推广节能的等离子火焰钎焊在铜焊、铝焊、银焊等硬钎焊等领域的应用。

Description

等离子钎焊机

技术领域

本发明涉及等离子切割设备领域，特别涉及一种等离子钎焊机。

背景技术

钎焊是一种利用熔点比母材(被钎焊材料)熔点低的填充金属(称为钎料或焊料)，在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝，与母材相互溶解与扩散，而实现零件间的连接的焊接方法。

作为钎焊中一种的硬钎焊，是指使用硬钎料即熔点高于450℃的钎料进行的钎焊，钎焊接头强度较高(大于200Mpa)。常见的硬钎焊有铜焊、铝焊和银焊等，应用于硬质合金刀具、钻探钻头、灯饰、空调、自行车车架、换热器、导管及各类容器等领域。

然而，传统硬钎焊以可燃性气体燃烧产生的火焰进行钎焊为主，如氧炔焰、天燃气焰等，由于能源紧张问题以及节能减排要求，使用成本逐年上涨，用户不得不寻求替代方案。目前，市场上部分等离子焰用于硬钎焊，但由于焊枪体积大，给操作工的使用带来非常大的不便。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作工易于上手以降低劳动强度等离子钎焊机。

一种等离子钎焊机包括焊枪与所述焊枪进行引弧的引弧机构，所述焊枪包括枪嘴及电极，所述电极设置于所述枪嘴内并与所述枪嘴之间间隔形成电离空间，所述枪嘴开设有与所述电极连通的穿针孔；所述引弧机构包括其内设置有引弧腔的引弧座及引弧针，所述引弧腔的一端开设有与外界连通的开口，所述引弧针设置于所述引弧腔内且与所述开口保持一定间隔；所述枪嘴经所述开口可插拔地收容于所述引弧腔内，所述电极通过所述穿针孔与所述引弧针可分离地接触。

所述引弧腔的尺寸与所述枪嘴对应的尺寸基本相等，以使所述枪嘴插设于所述引弧腔内时与所述引弧腔壁接触。

所述引弧机构还包括弹性导电件，所述引弧座包括与所述引弧腔连通的收容腔，所述弹性导电件沿其伸缩方向设置于所述收容腔内，且一端与所述收容腔底部连接；所述引弧针沿其延长方向电连接于所述弹性导电件的另一端。

所述等离子钎焊机包括循环冷却水装置，所述焊枪包括枪头，所述枪嘴设置于所述枪头的一端；所述循环冷却水装置通过冷却水管与所述枪头连接，所述枪嘴内壁的周向设置有与所述冷却水管连通的冷却通道。

所述枪头的内壁上镀有绝缘导热膜。

所述等离子钎焊机包括与所述焊枪连接的电源，所述电源的正极与所述枪嘴电连接，所述电源的负极与所述电极电连接。

所述等离子钎焊机包括用于控制所述电源的电源控制电路，所述电源控制电路包括控制器、软启动电路、第一整流电路、滤波电路、IGBT模块、变压电路、第二整流电路、IGBT驱动以及电流传感器；所述软启动电路连接于所述电源与所述第一整流电路之间，所述滤波电路连接于所述第一整流电路与所述IGBT模块之间，所述变压电路连接于所述IGBT模块和所述第二整流电路之间，所述电流传感器与所述第二整流电路连接，并与所述控制器连接，所述IGBT驱动连接于所述控制器和所述IGBT模块之间。

所述控制器包括比较器，所述比较器用于判断所述电流传感器采集的当前输出电流是否等于设定值，所述控制器根据所述比较器的比较结果调节其输出至所述IGBT模块的占空比。

所述电源控制电路包括均与所述控制器连接的水流传感器、温度传感器以及报警指示灯。

所述等离子钎焊机包括助焊发生器，所述助焊发生器包括空气输入端、助焊气输出端以及储液腔，所述储液腔用于收容助焊剂溶液，所述空气输入端与所述储液腔连通，用于向所述储液腔内通入压缩空气，所述助焊气输出端连通于所述储液腔与所述枪嘴的所述电离空间之间。

本发明等离子钎焊机中，把引弧机构从焊枪中分离出来，即通过外置引弧机构对焊枪进行引弧，使焊枪体积大为缩小，操作工易于上手，劳动强度也大为降低，且有利于推广节能的等离子火焰钎焊在铜焊、铝焊、银焊等硬钎焊等领域的应用。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中等离子钎焊机的部分结构示意图；

图2为图1所示焊枪的部分结构示意图；

图3为图1所示等离子钎焊机中电源的电路框图；

图4为图1所示等离子钎焊机中助焊器的工作原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参照图1，本发明较佳实施例中，等离子钎焊机100包括焊枪(图中仅示出部分)、引弧机构30以及助焊发生器(图未示)。引弧机构30独立外置于焊枪外，用以与焊枪进行短路引弧。采用把引弧机构30从焊枪中分离出来，即通过外置引弧机构30对焊枪进行引弧的方式，使焊枪体积大为缩小，操作工易于上手，劳动强度也大为降低，且有利于推广节能的等离子火焰钎焊在铜焊、铝焊、银焊等硬钎焊等领域的应用。

具体地，请一并参看图1和图2，焊枪包括枪头11、枪嘴12以及电极13。枪头11为中空圆柱形，枪嘴12在本具体实施例中，为设置于枪头11一端的中空圆锥台状。电极13设置于枪嘴12内，并与枪嘴12之间间隔形成电离空间121。枪嘴12远离枪头11的一端开设有穿针孔123，穿针孔123与电极13连通且对准，使得电极13亦通过穿针孔123与外界连通。在本具体实施例中，电极13为焊枪的阴电极，枪嘴12为焊枪的阳极。

引弧机构30包括其内设置有引弧腔310的引弧座31及引弧针33，引弧腔310的一端开设有与外界连通的开口3101，引弧针33设置于引弧腔310内且与开口3101保持一定间隔。枪嘴12经开口3101可插拔地收容于引弧腔310内，使得电极13通过穿针孔123与引弧针33可分离地接触。其中，引弧腔310的尺寸与枪嘴12对应尺寸基本相等，以使枪嘴12插设于引弧腔310内时与引弧腔壁接触。

进一步地，为了加强引弧针33与电极13接触时的稳定性，引弧机构30还包括弹性导电件35，引弧座31包括与引弧腔310连通的收容腔312。弹性导电件35沿其伸缩方向设置于收容腔312内，且一端与收容腔312底部连接；引弧针33沿其延长方向电连接于弹性导电件35的另一端，并在弹性导电件35弹力作用下始终保持向上抵顶于电极13上的趋势。

等离子钎焊机100包括通过冷却水管15与枪头11连通的循环冷却水装置(图未示)，循环冷却水装置包括热交换器(图未示)、水箱(图未示)、水泵(图未示)以及风机(图未示)，枪嘴12内壁的周向设置有与冷却水管15连通的冷却通道(图未示)，且枪头11的内壁上镀有绝缘导热膜。

具体地，循环水冷装置设计参考以下公式：

式中：T_out、T_in：分别为冷却液出口和入口温度

Q：热交换器总耗散功率

ρ：冷却液密度

v：冷却液流速

C_p：冷却液比热容

在本具体实施例中，循环冷却水装置的功率为3Kva，水泵流量为20L/min，扬程为20m，此时对应枪头11直径仅为Φ25mm。

在进行引弧操作时，由于引弧针33与开口3101之间保持一定间隔，枪嘴12插设于引弧腔310内时，其外周先与引弧腔壁接触，此时枪嘴12、引弧机构30、弹性导电件35和引弧针33共同形成阳极。继续推动枪嘴12向靠近引弧针33方向移动，并当电极13与引弧针33接触时，电极13与阳极(即枪嘴12、引弧机构30、弹性导电件35和引弧针33)形成短路回路并发生短暂短路，实现短路引弧。

引弧后，在电极13(阴极)和枪嘴12(阳极)之间的电离空间120内产生稳定的电弧并自我维持，使周边空气持续电离，因受到外部循环冷却水装置不断送来的冷气流及导热性很好的绝缘导热膜的冷却作用，电弧弧柱外围气体受到了强烈冷却，使弧柱温度降低，导电截面缩小，产生热收缩效应，电弧进一步被压缩，造成电弧电流只能从弧柱中心通过，这时的电弧电流密度急剧增加。

由于电弧内的带电粒子在弧柱内的运动自己产生磁场的电磁力，使它们之间相互吸引，也就是电磁收缩效应，结果使电弧再进一步被压缩，这样被压缩后的电弧能量将高度集中，当压缩空气通过枪嘴12时，造成全部或部分电离，然后经枪嘴12上的穿针孔123喷出就形成等离子火焰，等离子焰的外部火焰温度达2500℃到3800℃，等离子焰心温度高达4500℃。

请参看图3，等离子钎焊机100还包括与焊枪连接的电源(图未示)以及用于控制电源的电源控制电路50。电源的正极与枪嘴12电连接，电源的负极与电极13电连接。电源控制电路50包括控制器51、软启动电路52、第一整流电路53、滤波电路54、IGBT模块55、变压电路56、第二整流电路57、IGBT驱动58以及电流传感器59。

其中，软启动电路52连接于电源与第一整流电路53之间，滤波电路54连接于第一整流电路53与IGBT模块55之间，变压电路56连接于IGBT模块55和第二整流电路57之间，电流传感器59与第二整流电路57连接，并与控制器51连接，用于对输出电流实时检测，并将检测的输出电流的值反馈至控制器51进行处理。IGBT驱动58连接于控制器51和IGBT模块55之间，用于根据控制器51的指令驱动IGBT模块55。在本具体实施例中，控制器51采用SG3525芯片。

控制器51包括比较器(图未示)，比较器用于判断电流传感器59采集的当前输出电流是否等于设定值，控制器51根据比较器的比较结果调节其输出至IGBT模块55的占空比，以维持恒流输出。由于等离子钎焊机100采用短路引弧，若电流设定值太低，将会导致引弧不成功，而设定值太高则无法起到保护作用。在本具体实施例中，设计输出功率为3KVA，工作时实际输出电流为恒流15A，过流保护值为35A，输出电压平均为170V，实际波动在150V～200V之间，维弧电压为30V。

具体地，控制器51给出启动指令和驱动指令，分别控制软启动电路52启动和IGBT驱动58驱动IGBT模块55工作，电流经第一整流电路53和滤波电路54整流滤波后，经IGBT模块55流入变压电路56，流出变压电路56的电流经第二整流电路57输出；此时电流传感器59采集当前输出电流并反馈至控制器51。

当输出电流小于设定值15A时，控制器51根据当前反馈的输出电流对应升高其输出至IGBT模块55的占空比，以相应增大输出电流；反之，当输出电流大于设定值15A小于35A时，控制器51根据当前反馈的输出电流对应降低其输出至IGBT模块55的占空比，以相应减小输出电流；而当输出电流大于过流保护值35A时，控制器51控制IGBT模块55截止。

另外，在电源控制电路50中，控制器51与电流输入端之间设置有软启动电路52，从而使主电路上电延时给功率电路(IGBT模块55、变压电路56、第二整流电路57)供电，从而降低功率电路上电时反电动势对电路的冲击。

进一步地，电源控制电路50包括均与控制器51连接的水流传感器60、温度传感器61以及报警指示灯62。其中，水流传感器60和温度传感器61分别检测循环冷却水装置以及功率器件的温度并传送给控制器51，由于当循环冷却水装置工作不正常时，焊枪的枪头11会因过热而立刻烧毁，而功率器件过温会导致炸管，因此控制器51用于当循环冷却水装置以及功率器件的温度在发现异常时，关闭其自身的占空比输出，同时控制报警指示灯62亮，指引用户故障来源，从而实现保护作用。

请参看图4，为了提高等离子钎焊机100的工作效率，等离子钎焊机100还包括助焊发生器(图未示)。助焊发生器包括空气输入端71、助焊气输出端73以及储液腔75。储液腔75用于收容助焊剂溶液，空气输入端71与储液腔75连通，用于向储液腔75内通入压缩空气。助焊气输出端73连通于储液腔75与枪嘴12的电离空间120之间。

具体地，压缩空气经空气输入端71进入储液腔75内并通过助焊剂溶液时，将少量但足以满足钎焊所需的助焊剂自然蒸发在压缩空气中，形成特有的助焊气并经助焊气输出端73输出。助焊气在焊枪引弧后的电离空间120内电离形成等离子焰，其与纯粹的压缩空气产生的等离子焰相比，产生的等离子焰亮度更高，热值也更高，有助于提升钎焊质量。另外，助焊发生器对等离子钎焊机100连续工作以及工作效率的提高提供了支持，使用时，一次加料后可不停机持续工作24小时以上；并且用户在工作时，不必额外使用助焊剂，大大提高工作效率。在本具体实施例中，压缩空气的压力为0.15～0.4Mpa。

采用本发明中等离子钎焊机100，焊接表面光滑，焊接后无需二次处理，焊材也无浪费。由于等离子火焰温度高，因此实际焊接效率比普通火焰焊接效率高20％左右。另外，本发明等离子火焰钎焊机100的使用成本相当于传统氧焊成本的1/3～1/4左右，具体请参看以下关于等离子焰与氧炔焰和天然气焰使用成本对比表。其中：氧气30元/瓶，乙炔120元/瓶，天然气400元/50kg，表中数据以每天每枪工作10时计。

等离子焰与氧炔焰和天然气焰使用成本对比表(单位：元)

本发明等离子钎焊机100，将引弧机构30从焊枪中分离出来，同时，在保证散热的前提下对焊枪进行改进，使之体积大为缩小，操作工易于上手，劳动强度也大为降低，这有利于推广节能的等离子火焰钎焊在铜焊、铝焊、银焊等硬钎焊等领域的应用。其次，还设置有用于对焊枪引弧后提供助焊气的助焊发生器，有助于提升钎焊质量，并大大提高焊接工作效率。另外，等离子钎焊机100还设置电源控制电路50，用于为焊枪提供用于维持电弧的恒定电流，以保证焊接可靠性和稳定性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种等离子钎焊机，其特征在于：所述等离子钎焊机包括焊枪与所述焊枪进行引弧的引弧机构，所述焊枪包括枪嘴及电极，所述电极设置于所述枪嘴内并与所述枪嘴之间间隔形成电离空间，所述枪嘴开设有与所述电极连通的穿针孔；所述引弧机构包括其内设置有引弧腔的引弧座及引弧针，所述引弧腔的一端开设有与外界连通的开口，所述引弧针设置于所述引弧腔内且与所述开口保持一定间隔；所述枪嘴经所述开口可插拔地收容于所述引弧腔内，所述电极通过所述穿针孔与所述引弧针可分离地接触；所述等离子钎焊机包括循环冷却水装置，所述焊枪包括枪头，所述枪嘴设置于所述枪头的一端；所述循环冷却水装置通过冷却水管与所述枪头连接，所述枪嘴内壁的周向设置有与所述冷却水管连通的冷却通道；所述枪头的内壁上镀有绝缘导热膜。

2.如权利要求1所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述引弧腔的尺寸与所述枪嘴对应的尺寸基本相等，以使所述枪嘴插设于所述引弧腔内时与所述引弧腔壁接触。

3.如权利要求1所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述引弧机构还包括弹性导电件，所述引弧座包括与所述引弧腔连通的收容腔，所述弹性导电件沿其伸缩方向设置于所述收容腔内，且一端与所述收容腔底部连接；所述引弧针沿其延长方向电连接于所述弹性导电件的另一端。

4.如权利要求1所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述等离子钎焊机包括与所述焊枪连接的电源，所述电源的正极与所述枪嘴电连接，所述电源的负极与所述电极电连接。

5.如权利要求4所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述等离子钎焊机包括用于控制所述电源的电源控制电路，所述电源控制电路包括控制器、软启动电路、第一整流电路、滤波电路、IGBT模块、变压电路、第二整流电路、IGBT驱动以及电流传感器；所述软启动电路连接于所述电源与所述第一整流电路之间，所述滤波电路连接于所述第一整流电路与所述IGBT模块之间，所述变压电路连接于所述IGBT模块和所述第二整流电路之间，所述电流传感器与所述第二整流电路连接，并与所述控制器连接，所述IGBT驱动连接于所述控制器和所述IGBT模块之间。

6.如权利要求5所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述控制器包括比较器，所述比较器用于判断所述电流传感器采集的当前输出电流是否等于设定值，所述控制器根据所述比较器的比较结果调节其输出至所述IGBT模块的占空比。

7.如权利要求5所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述电源控制电路包括均与所述控制器连接的水流传感器、温度传感器以及报警指示灯。

8.如权利要求1所述的等离子钎焊机，其特征在于：所述等离子钎焊机包括助焊发生器，所述助焊发生器包括空气输入端、助焊气输出端以及储液腔，所述储液腔用于收容助焊剂溶液，所述空气输入端与所述储液腔连通，用于向所述储液腔内通入压缩空气，所述助焊气输出端连通于所述储液腔与所述枪嘴的所述电离空间之间。