CN1757473A - 喷射流焊接方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷射流焊接方法及其装置，其方法是将多个焊接件分别搭接形成相对固定的待焊点并使待焊接点穿过助焊剂喷射流，然后再穿越连续流动锡喷射流；接触到锡流的母料表面形成坚固的合金层；当移出锡喷射时，待焊点周围的焊剂在表面张力和重力作用下自行分离并形成焊点，经自然冷却形成坚固的焊点。其装置是由喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构、电器控制系统、夹具、外壳和机座等细成。

Description

喷射流焊接方法及其装置

技术领域

本发明涉及具有非平面型焊点排布的产品的喷射流焊接方法及其装置。

背景技术

电子行业中的电子连接件的锡焊接，通常工艺采用烙铁焊接、波峰焊、回流焊等。如插头与线材采用烙铁焊接、PCB插脚式元件采用波峰焊接、PCB贴片元件采用回流焊焊接。在焊接效率和焊接质量上，波峰焊和回流焊处于同一水平，而烙铁焊接则比不上前两者。目前波峰焊只适用在PCB元件焊接，即焊点分布在平板上的锡焊接，还不能用于非平面型焊点排布的产品的焊接。所以目前条件下，具有非平面型焊点排布的电子产品的焊接，如圣诞灯串的焊接，插头线材焊接等，仍然沿用烙铁焊接。而已有的烙铁焊锡技术，在手工焊接过程中要保持焊剂量、助焊剂量、焊剂温度和焊接时间等参数在同一水平，以及要进一步提高焊接效率，事实上是一件困难的事情。如能克服以上困难，那么线材与电子器件、圣诞灯串等具有非平面型焊点排布的产品的焊接工艺的效率、品质将有质的飞跃。

发明内容

为了解决线材与电子器件、圣诞灯串等非平面型焊点排布的产品焊接工艺的效率、品质的问题，本发明目的是提供一种喷射流焊接方法及其装置，使非平面型焊点排布的产品实现批量化自动焊接，提升焊点的焊接效率和焊接质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

喷射流焊接方法，将多个焊接件分别搭接形成相对固定的待焊点，移动待焊接件，使得焊接点穿过连续流动的瀑布形状的助焊剂喷射流，然后再穿越连续流动的适当温度的瀑布形状或射线形状的锡喷射流。接触到锡喷射流的母料被锡喷射流加热，当加热的温度、时间合适时，接触到锡流的母料表面形成坚固的合金层；移出锡喷射时，待焊点周围的焊剂在表面张力和重力作用下自行分离并形成焊点，经自然冷却形成坚固的焊点。

母料被锡喷射流加热时间受到精确的控制，其是依据公式：S＝V*T。其中S为母料在锡喷射流工作区域穿越的路径长度即当锡喷射流垂直向下喷出时喷觜的宽度；V为夹具的运动速度，即传动机构传动链的线速度；T为焊接物件的加热时间，即待焊接件与锡喷射流接触的时间。

锡喷射流通过电器控制系统控制恒定的温度，熔融焊锡的恒定温度设定为200～400℃范围内某一温度，其公差为±5℃，当喷觜的温度探测头测量锡喷射流工作点位置的焊锡温度，并反馈给电器电路系统，电器控制系统控制锡炉里加热装置。

通过调整喷嘴的尺寸和喷射角度，获得各种尺寸和角度的锡喷射流，即提供各种尺寸和角度的锡喷射流工作区域，使得整个焊接过程中物料可连续地并行的进入焊接区，实现多个物件同时加热焊接，从而提升焊接效率。喷嘴开口宽度调节范围：1mm～40mm，喷嘴开口长度调节范围2mm～200mm，喷射角度调节范围0～360°。

1、提供1mm～40mm可调节宽度的锡喷射流流区域，本方法能适用于小面积焊点和大面积焊点的焊接。

2、提供2mm～200mm长度调节的锡喷射流工作区域，使得整个焊接过程中物料可连续地并行地进入焊接区，实现多个物件同时加热焊接，提升焊接效率。

3、提供角度调节的锡喷射流工作区域，使得具有非平面型焊点排布的产品即具有特别限制的复杂形状的待焊点，如两个待焊点各自朝向一个方向，又不在同一平面，且周边有绝缘材料覆盖保护的物件，在焊接过程中物料可连续地、并行地进入喷射流焊接工作区，实现多个物件同时加热焊接，提升焊接效率。

4、同一喷嘴上开具有多个开口，提供多个锡喷射流工作区域，使得具有非平面型焊点排布的物件即产品具有复杂形状的多个待焊点，可连续地、并行地进入多个喷射流焊接工作区，实现多个物件多个焊点同时加热焊接，从而提升焊接效率。

5、根据待焊件的实际尺寸，灵活调节喷嘴的开口尺寸，合理控制高温焊剂在空气中裸露的面积，有效减缓焊锡的氧化和减少锡渣的产生，同时，有效减缓热量散失，为节能减耗提供实际保障。

其装置是由喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构、电器控制系统、夹具、外壳和机座等组成，喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构和电器控制系统分别固定在机座上，外壳固定在机座的周围，夹具固定在传动机构上。

锡喷流发生器是由锡泵、马达、锡泵传动链轮轴、锡流输送管、喷嘴或外置喷嘴、锡槽、加热器、温度探头、锡槽隔热层、管道隔热层和外壳等组成，马达通过传动链轮箱内的传动链轮连接锡泵传动轴，锡泵传动轴连接锡槽里的锡泵，喷嘴或外置喷嘴固定在锡流输送管的上端，锡槽外加有隔热层，锡槽底部设有加热器，温度探头固定在锡流输送管上，锡流输送管外加管道隔热层，锡槽的隔热层外加有隔热层外封层，锡流输送管和马达支承架固定在锡槽的外壳上。

外置喷嘴是由喷嘴、温度探头、喷流角度调节器、稳压溢流口、回流溢流口、内管、外管、加热器、承锡槽、回流槽、稳压槽和泄流孔等组成，其在于锡泵泵出的锡流，经锡流输送管流入稳压槽，部分锡流经内管流向喷嘴，自喷嘴和泄流孔喷出，自喷嘴喷出的焊锡流形成喷射流后落入承锡槽；另一部分多余的焊锡自稳压溢流口溢出流入锡槽。承锡槽内的焊剂由外管流向回流槽，再经过回流溢流口流入锡槽。

电器控制系统，它是由电器控制箱和电器控制面盘组成，其中电器控制箱内安装有功率单元、温度控制单元、传递控制单元、喷流控制单元、逻辑单元、定时器和数显表等自动控制组件，电器控制系统的温度控制单元的自动保护器控制锡槽内焊锡处于低温未隔化时自动切断锡泵马达电流和屏蔽操作面盘开关相关按钮功能，逻辑单元用定时器控制自动喷射流焊接机的定时开机。

传动机构的电机通过传动链轮和传动链带动夹具。

助焊剂注流器的低位助焊剂容器分别固定带有回流管的助焊剂承接槽和带有助焊剂泵体的管道，管道连接高位助焊剂容器，高位助焊剂容器的下端连接助焊剂注流嘴，高位助焊剂容器通过支撑架固定在机架上。

其中焊剂是指焊接中所用的焊接填充料，如锡焊接中63/37锡铅合金。

助焊剂是指焊接中为提高焊接效果和保护焊点所采用的辅助材料，如松香和酒精混合液等。

母料是指焊接工艺中中焊接物料上的将在其表面形成焊点的材料，如灯串焊接时，灯光引脚和电线上待焊接的裸露的铜线。

待焊接件或称待焊接料或称工件等是指焊接工艺中即将被焊接连成一体的物料，如灯串焊接中，灯光和线材两种物料。

待焊接点是指焊点在焊接成形之前，其待焊接件的母料和对相位置关系的集合。

本发明是以集机、电为一体，替代原有的非平面型焊点排布的产品采用烙铁焊接，更高效率，质量控制可靠，功能完善的自动化锡焊接方法，并结合具体装置予以实现。

附图说明

图1-1是喷射流焊接法的瀑布状喷射流原理图；

图1-2是喷射流焊接法的抛物线状喷射流原理图；

图2是自动焊接机的结构图；

图3是喷射流发生器的结构图；

图4是具有非平面型焊点排布的待焊接产品；

图5是外置喷嘴结构图。

具体实施方式

如图1-1、图1-2、图2、图3所示，喷射流焊接方法，将多个焊接件101、102分别搭接形成相对固定的待焊点103，移动待焊接件，使得焊接点穿过连续流动的瀑布形状的助焊剂喷射流，然后再穿越连续流动的250℃温度的瀑布形状的锡喷射流104；接触到锡喷射流的母料被锡喷射流加热，当加热的温度为250℃、时间为3秒时，接触到锡流的母料表面形成坚固的合金层；移出锡喷射时，待焊点周围的焊剂在表面张力和重力作用下自行分离并形成焊点105，经自然冷却形成坚固的焊点105。其中喷嘴的宽度为2mm。图2中的抛物线状喷射流204代替图1中的瀑布形状的锡喷射流104，其他没有改变。

喷射流焊接装置是由锡喷射流发生器15、助焊剂注流器、传动机构、电器控制系统30、夹具24、外壳20和机座的支架14等组成，喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构和电器控制系统30分别固定在机座的支架14上，外壳20固定在机座的周围，夹具固定在传动机构上。机座通过支撑脚垫17、支撑脚调节螺母18和支撑脚螺栓19。传动机构的电机21通过传动链轮22和传动链23带动夹具24，待焊接件在导轨13上，导轨13的两端有导轨间距调节器31。电器控制器操作盘25与报警灯26连接，电器控制器操作盘25固定在外壳20上。

锡喷流发生器15是由锡泵1、锡泵马达4、锡泵传动链轮轴、锡流输送管2、喷嘴3、锡槽5、加热器6、温度探头27、锡槽隔热层29、管道隔热层34和外壳35等组成，锡泵马达4通过传动链轮箱38内的传动链轮连接锡泵传动轴39，锡泵传动轴39连接锡槽5里的锡泵1，喷嘴3固定在锡流输送管2的上端，锡槽5外加有隔热层29，锡槽5底部设有加热器6，温度探头27固定在锡流输送管2上，锡流输送管2外加管道隔热层34，锡槽5的隔热层29外加有隔热层外封层36，锡流输送管2和马达支承架37固定在锡槽5的外壳35上。

助焊剂注流器的低位助焊剂容器12分别固定带有回流管的助焊剂承接槽11和带有助焊剂泵体的管道10，管道连接高位助焊剂容器9，高位助焊剂容器9的下端连接助焊剂注流嘴8，高位助焊剂容器9通过支撑架7固定在机座14上。

如图4所示，具有非平面型焊点排布的待焊接产品中的待焊件401和待焊件402有三个待焊点403、404、405。

如图5所示，外置喷嘴是由喷嘴501、温度探头502、喷流角度调节器503、稳压溢流口504、回流溢流口505、内管506、外管507、加热器508、承锡槽509、回流槽510、稳压槽511和泄流孔等组成，其特征在于锡泵泵出的锡流，经锡流输送管流入稳压槽511，部分锡流经内管流向喷嘴501，自喷嘴501和泄流孔喷出，自喷嘴501喷出的焊锡流形成喷射流后落入承锡槽509；另一部分多余的焊锡自稳压溢流口504溢出流入锡槽。承锡槽509内的焊剂由外管507流向回流槽510，再经过回流溢流口505流入锡槽。

Claims (8)

1、喷射流焊接方法，其特征在于：其方法是将多个焊接件分别搭接形成相对固定的待焊点，移动待焊接件，使待焊接点穿过连续流动的瀑布形状的助焊剂喷射流，然后再穿越连续流动的适当温度的瀑布形状或射线形状的锡喷射流；接触到锡喷射流的母料被锡喷射流加热，当加热的温度、时间合适时，接触到锡流的母料表面形成坚固的合金层；移出锡喷射流时，待焊点周围的焊剂在表面张力和重力作用下自行分离并形成焊点，经自然冷却形成坚固的焊点。

2、根据权利要求1所述的喷射流焊接方法，其特征在于：母料被锡喷射流加热时间受到精确的控制，其是依据公式：S＝V*T。其中S为母料在锡喷射流工作区域穿越的路径长度；V为夹具的运动速度，即传动机构传动链的线速度；T为焊接物件的加热时间，即待焊接件与锡喷射流接触的时间。

3、根据权利要求1所述的喷射流焊接方法，其特征在于：锡喷射流通过电器控制系统控制恒定的温度，熔融的恒定温度设定为200～400℃范围内某一温度，其公差为±5℃，喷嘴的温度探测头测量锡喷射流工作点位置的焊锡温度，并反馈给电器电路系统，电器控制系统控制锡炉里加热装置。

4、根据权利要求1所述的喷射流焊接方法，其特征在于：喷嘴的开口宽度调节范围：1mm～40mm，开口长度调节范围2mm～200mm，喷射角度调节范围0～360°。

5、喷射流焊接装置，其特征在于：其是由喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构、电器控制系统、夹具、外壳和机座等组成，喷射流发生器、助焊剂注流器、传动机构和电器控制系统分别固定在机座上，外壳固定在机座的周围，夹具固定在传动机构上。

6、根据权利要求5所述的喷射流焊接装置，其特征在于：锡喷流发生器是由锡泵、马达、锡泵传动链轮轴、锡流输送管、喷嘴或外置喷嘴、锡槽、加热器、温度探头、锡槽隔热层、管道隔热层和外壳等组成，马达通过传动链轮箱内的传动链轮连接锡泵传动轴，锡泵传动轴连接锡槽里的锡泵，喷嘴或外置喷嘴固定在锡流输送管的上端，锡槽外加有隔热层，锡槽底部设有加热器，温度探头固定在锡流输送管上，锡流输送管外加管道隔热层，锡槽的隔热层外加有隔热层外封层，锡流输送管和马达支承架固定在锡槽的外壳上。

7、根据权利要求5所述的喷射流焊接装置，其特征在于：助焊剂注流器的低位助焊剂容器分别固定带有回流管的助焊剂承接槽和带有助焊剂泵体的管道，管道连接高位助焊剂容器，高位助焊剂容器的下端连接助焊剂注流嘴，高位助焊剂容器通过支撑架固定在机架上。传动机构的电机通过传动链轮和传动链带动夹具。

8、根据权利要求5所述的喷射流焊接装置，其特征在于：外置喷嘴是由喷嘴、温度探头、喷流角度调节器、稳压溢流口、回流溢流口、内管、外管、加热器、承锡槽、回流槽、稳压槽和泄流孔等组成，其在于锡泵泵出的锡流，经锡流输送管流入稳压槽，部分锡流经内管流向喷嘴，自喷嘴和泄流孔喷出，自喷嘴喷出的焊锡流形成喷射流后落入承锡槽；另一部分多余的焊锡自稳压溢流口溢出流入锡槽。承锡槽内的焊剂由外管流向回流槽，再经过回流溢流口流入锡槽。

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