整体加热焊接设备及方法与流程

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及通信行业基站天线制造领域中的立体金属结构件的锡钎焊领域，具体公开一种整体加热焊接设备及方法。

背景技术：

基站天线是移动通信网络覆盖的关键部件，其核心部件大多通过金属结构件与其他组件进行锡钎焊接联接组成，金属结构件中良好的电气连接导通性能和结构连接可靠性能是对实现移动通信信号的保证，所以对于金属结构件的焊点连续性、焊点融透性以及力学强度有着苛刻要求。

传统锡钎焊接工艺由烙铁发热，对被焊点进行接触传导热量，同时辅助焊锡丝进行焊料填充的一种接触焊接方法，是一种以热传导为基本原理的局部加热焊接方法。采用这种电烙铁的焊接方式，一个方面，金属结构件本身的较快热传导效应会使烙铁接触的热量不易集中，焊接热量不足，容易产生虚焊、假焊，再者烙铁的局部面积热传导方式因焊点本身距离的增加使热能递减，大焊点在受热不均匀情况下，也容易造成部份位置无法与金属结构件镀层进行有效的融合，导致焊接质量可靠性下降；另一方面，该种立体结构件属于异形结构件，其不规则性造成不同产品焊点呈多方位化，即多维度焊点大量同时存在，采用手工烙铁焊接，需反复摆放和定位，要实现其全自动化的焊接，基本上不可能，采用人工焊接方式，无法保证焊接时间及送锡量的一致性，质量一致性差，作业方式效率低下，业界采用的三维机械手带动烙铁进行定位焊接，其原理还是没有改变。

总而言之，目前的焊接技术无法解决金属结构件带来的吸热影响以及产生的焊点可靠性问题。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种可以提高焊接效率和保证焊接质量的整体加热焊接设备。

本发明的另一目的在于提供一种上述焊接设备所实施的整体加热焊接方法。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

一种整体加热焊接设备，包括下机台与置于所述下机台上方的上机台，所述下机台顶端中部开设有纵长状凹槽，所述凹槽内安装有用于传输工件的传动系统，所述传动系统上方沿工件传输方向依次设有焊接区和冷却区；所述焊接区内设有加热系统，用于对工件实施多方位加热以完成工件的整体加热焊接；所述冷却区内填充有由冷却系统提供的冷却气流，用于对加热焊接完成的工件进行冷却。

优选地，所述焊接区包括沿工件传输方向分布的多个加热区域，且各所述加热区域的温度呈现差异化。

进一步地，每个加热区域内的多点纵向温差在-5℃～﹢5℃之间，多点横向温差在-1℃～﹢1℃之间。

具体地，每个加热区域内设有加热系统的加热模组，所述加热模组包括设于每一方位的多个发热板，所述发热板内嵌有发热芯，并且所述加热系统在热辐射的方向上等间距或不等间距分布有多个用于导热的导流孔。

具体地，所述焊接设备还包括与加热系统连接的风循环系统，所述风循环系统包括位于所述加热模块上方的第一风轮及驱动所述第一风轮的第一电机。

进一步地，所述导流孔被配置成具有气流集向性，并且风循环系统所产生的气流在孔与孔之间产生漩涡而形成微循环。

具体地，所述冷却系统包括第二电机、由第二电机驱动的第二风轮、填充有冷却水的冷却水管，所述第二风轮转动所产生的气流经过冷却水管后形成冷却气流为冷却区提供所述冷却气体。

优选地，所述传动系统的传输速率在0～2m/min内可调。

进一步地，所述焊接设备还包括电控系统，所述电控系统与传动系统、加热系统、冷却系统电性连接。

具体地，所述电控系统包括控制单元及与控制单元电连接的人机操作界面。

进一步地，所述焊接设备还包括位于所述上机台中的烟雾回收系统，所述烟雾回收系统包括过滤模块及用于在焊接区上空形成负压的离心风机。

优选地，所述上机台与下机台连接的接缝由密封材料密封以防止热量向外逸散。

另外，本发明还提供一种整体加热焊接方法，包括如下步骤：

向焊接区传送预置于所述传动系统上的工件，所述工件包括由金属结构件、被焊件及预置在焊点处的焊料共同组成的预装结构；利用焊接区的所述加热系统全方位加热所述工件以将金属结构件与被焊件焊接；将焊接完成的工件通过所述传动系统送至冷却系统中冷却，使所述焊点中的焊料凝结以固定金属结构件与被焊件的连接。

进一步地，所述方法还包括如下前置步骤：装配预备的金属结构件与被焊件；在装配完成的金属结构件与被焊件连接处的焊点添加所需的焊料，以得到待焊接的工件；将所述工件置于传动系统上实现所述工件的预置。

具体地，所述装配已预备的金属结构件与被焊件的步骤中，具体包括：准备所述金属结构件与被焊件；将金属结构件通过周转夹具进行定位或限位，然后与被焊件进行组装；或将金属结构件与被焊件进行组装后通过周转夹具进行定位或限位。

所述方法还包括后续步骤：将冷却完成的工件从周转夹具中取出，并回传所述周转夹具。

具体地，所述加热系统全方位加热所述工件的步骤中，具体包括：当多个工件具有不同熔点的焊点时，对焊接区不同加热区域实施温度差异化控制，以适应不同焊点的多个工件的加热焊接。

更进一步地，当工件在纵向上具有多个焊点时，对加热区域在纵向上实施温度差异化控制。

此外，当多个工件具有不同的加热焊接时长时，调节所述传动系统的传输速率。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

(1)本发明的整体加热焊接设备，通过在焊接区对工件实施多方位热辐射，使得焊料充分熔融、润湿，在冷却区对加热焊接完成的工件进行风冷，使得焊点可以快速凝固，可以加快焊接速度、保证焊接质量。采用非接触式整体加热焊接方案，保证金属结构件焊接温度的均匀度和恒温性，利用程序控温，符合锡钎焊料的特性所需，保证焊料的流动性及焊点形成强度。

(2)本发明的整体加热焊接设备采用非接触式整体加热焊接方法，利用参数控制作业，使焊接时间得到非常精准的管控，焊接质量得到保证，避免了传统工艺采用烙铁焊接时焊接头接触不良，或位置偏移带来的温度缺失以及送锡不准等问题。

(3)本发明焊接设备空间超大超宽，以基站天线金属结构件的最大尺寸作为设计需求，兼容基站天线所有金属结构件的焊接容间，兼容性优异。

(4)本发明的焊接设备采用超密集最小单位热辐射工艺，保证温度的稳定性和减少大焊接空间所带来的温差，并采用多段分区控温，实现焊接参数的平滑需求，保证焊接可靠性，使焊接更加便利、高效。

(5)本发明的焊接设备，可以实现一机多用，占地面积小、性能稳定、操作简单、大幅减少操作人员、提高生产效率、降低生产成本的目的。同时，具有参数自动可控、产品质量稳定性高、批次一致性好的特点。

(6)本发明的焊接方法，通过将焊接器件固定、焊料添加与加热焊接工序分开，实现工序细分优化，这样更容易实现自动化的高度集成，焊接效率比手工烙铁效率提升近3倍，良品率提升到99.99％。

显然，上述有关本发明优点的描述是概括性的，更多的优点描述将体现在后续的实施例揭示中，以及，本领域技术人员也可以本发明所揭示的内容合理地发现本发明的其他诸多优点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的整体加热焊接设备立体结构示意图；

图2为本发明一实施例的加热系统与风循环系统相互组装的结构示意图。

图3为本发明一实施例的整体加热焊接方法的流程示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

如图1和图2所示，本发明公开了一种整体加热焊接设备，可适用于具有多维度多焊点的金属结构件的整体加热锡钎焊接，其包括下机台1，置于下机台1上方的上机台2，所述下机台1的顶端中部开设了纵长状凹槽3，所述凹槽3内安装有用于传输工件的传动系统4，传动系统4上方沿工件传输方向依次设有焊接区和冷却区，工件在所述焊接区内被加热系统5多方位热辐射加热，使得各个焊点处的焊料充分吸热熔化、扩散，进而在冷却区内由冷却系统6快速冷却、凝固形成可靠焊点。

其中，所述工件包括金属结构件、被焊件、焊料组成的预装配结构及用于定位、限位预装配结构的周转夹具，所述金属结构件比如是天线辐射单元，所述被焊件为同轴电缆、五金件等，所述焊料比如为焊锡。

所述下机台1上的所述凹槽3具有较高的深度，比如大于250mm，以满足高度小于250mm的金属结构件的整体加热空间所需。

所述焊接区内沿工件传输方向分布有多个加热区域，每个加热区域内设有加热系统5的加热模组，所述加热模组包括分布在加热区域内多个方位的加热模块，每个加热模块包括多个发热板11，所述发热板11内嵌有至少一根发热芯，所述至少一根发热芯均匀分布在所述发热板11上。优选地，所述发热板11采用吸热效能良好的材料制成，具有聚热效应。

通过设置在加热区域内多个方位的加热模块对工件进行全方位的热辐射(即非接触式加热)，使焊点上预置的焊锡达到焊接熔点的所需温度，使得焊锡在焊点处进行相应的润湿、扩散，进而在金属结构件和被焊件之间形成相应的焊点，并通过相应的快速冷却，形成可靠性较高的焊点，焊接质量得到了提高。由于采用多方位的热辐射工艺，每个加热区域内的温度稳定性高，减小了大焊接空间造成的温差问题的影响。

进一步地，每个发热板11可单独控制，使得多个加热区域和/或每个加热区域不同方位的温度可以差异化控制，实现了整体加热焊接设备的温度分段分区控制，实现焊接参数的平滑过渡需求，可以适应不同熔点的工件或立体多点焊点(不同高度处的焊料熔点可相同或不同)的整体加热焊接，有利于提高焊接效率及保证焊接的一致性，有利于批量化生产。

优选地，每个加热区域内的多点纵向温差可以控制在-5℃～﹢5℃之间，多点横向温差在-1℃～﹢1℃之间，温度控制精度达±1℃。

进一步地，还包括设于焊接区上方与所述加热系统5连接以加强热辐射效果的风循环系统7。所述风循环系统7包括第一电机14及由第一电机14驱动的第一风轮13。所述加热系统5开设有多个用于导热的导流孔12，所述导流孔12开设在用于封装加热模组和风循环系统7的壳体10上，并且所述多个导流孔12朝向加热区域等间距或不等间距地分布。

当加热模组和风循环系统7通电工作时，发热板产生热量，第一电机14驱动第一风轮13转动产生吹向发热板的气流，气流带动发热板产生的热量透过各导流孔12吹到加热焊接区中，对工件加热使焊料熔融进行润湿、扩散，实现加热焊接。

更进一步地，所述导流孔12被配置为具有气流集向性，且所述第一风轮13转动所产生的气流在导流孔12与导流孔12之间产生漩涡，从而在所述焊接区内形成一个个微循环，保证了焊点周边焊接温度的均匀度和恒温性。

优选地，所述冷却区内填充有由冷却系统6提供的冷却气体，用于冷却加热焊接完成的工件，使得焊点被快速降温凝固。所述冷却系统6包括第二电机、由第二电机驱动的第二风轮及填充有冷却水的冷却水管，所述第二风轮转动产生的气流经过冷却水管后为冷却区提供冷却气体。

冷却系统6中第二电机驱动第二风轮转动产生气流，气流经过填充有冷却水的冷却水管形成冷气流，吹向加热焊接完成的工件上，将加热焊接完成的工件快速冷却，使焊点处的焊料加快凝结以固定金属结构件与被焊件的连接，形成可靠性高的焊点。

本发明中，通过冷风对工件实施冷却，可以较好地控制焊接后焊点的冷却速率，满足金属结构件的冷却凝固需求。

优选地，所述冷却水管为循环铜管，延长了冷却水的流经路径，进而保证冷却气体的低温效果。

优选地，所述传动系统4通过其电机、与电机连接的主动轴带动的网链循环传动。根据不同的金属结构件焊接需求，所述传动系统的传输速率在0～2m/min内可调，以使得工件在焊接区内被充分加热。

进一步地，还包括电控系统9，所述传动系统4、加热系统5及冷却系统6均与所述电控系统9电连接。

所述电控系统9包括控制单元及与控制单元电连接的人机操作界面15，所述人机操作界面15设于上机台2上方，所述控制单元可预设、存储多个加工工艺程序，还可以实现离线编程，操作人员将编写完成的加工工艺程序输入到电控系统9中，然后在人机操作界面15上进行相应的设置、启动，控制整个加工工艺的流程。比如对传动系统的传输速率、焊接区各加热区域的温度、冷却区的温度等进行控制，使得整个焊接工序被顺利完成。通过程序的控制，一方面可以实现高度自动化的生产，有利于实现批量化生产；另一方面可以对整个焊接工序实施高精度的控制，保证产品的焊接一致性，提高焊接质量。

进一步地，还包括用于对焊接过程产生的烟雾进行回收、处理的烟雾回收系统8。

所述烟雾回收系统8包括过滤模块及用于在焊接区上空形成负压的离心风机，所述离心风机与所述电控系统9电连接。所述过滤模块主要由过滤网构成，用于拦截在焊接过程中产生的较大颗粒，使颗粒附着于过滤网上，供设备使用者作定期的清理。所述离心风机在加热焊接区的上方形成具有一定吸力的负压层，通过气压差将焊接过程产生的烟雾负压吸走，以便后续进行废气处理，废气处理过程在此不作赘述。

优选地，所述上机台2、下机台1采用龙门式结构组合，并且上机台2通过液压组件与下机台1连接以实现与下机台1连接的开启和关闭的功能。另外上机台2与下机台1连接的接缝由耐高温的密封材料密封，以防止热量向外逸散。其中，密封材料根据焊接作业所需的温度进行选取，例如本实施例的锡钎焊的作业温度在140℃～230℃之间，可以选择氟橡胶作为密封材料。

所述下机台1下方设有机架16，以使下机台1距离地面一定距离设置。

相应地，本发明还提供一种整体加热焊接方法，包括如下步骤：

步骤S100：向焊接区传送预置于所述传动系统上的工件，所述工件包括由金属结构件、被焊件及预置在焊点处的焊料共同组成的预装结构。

在本实施例中，所述工件还包括用于定位或限位的周转夹具，首先将金属结构件与被焊件从物料周转箱中取出及进行相关物料的准备，然后装配预备的金属结构件与被焊件。一种实施方式中，先将金属结构件通过周转夹具进行定位或限位，然后与被焊件进行装配，以得到焊接所需的工件结构。另一种实施方式中，先将金属结构件与被焊件进行装配，然后通过周转夹具进行定位或限位，同样可以得到焊接所需的工件结构。

然后进行焊料装配操作，将上述装配完成的工件结构在金属结构件与被焊件连接处的焊点添加所需的焊料，根据不同焊点对焊料需求的不同进行焊料的差异化控制，然后将完成焊料预置的工件结构连同用于限位和/或定位的周转夹具置于上述焊接设备的传动系统4中，然后向焊接区传送所述工件进行加热焊接操作。

步骤S200：利用焊接区的所述加热系统全方位加热所述工件以将金属结构件与被焊件焊接。

在工件经传动系统4传输至焊接区时，焊接区中加热系统5根据电控系统9中的程序设定，对所述工件进行整体的非接触加热，利用风循环系统7中的第一风轮13产生气流将加热模块中发热芯产生的热量吹向发热板11上的导流孔12，并经导流孔12的集向、导流作用将热量辐射到工件上，通过不同方位的加热模组对工件进行全方位360度的加热，使焊接温度更加均匀、恒定，当不同工件具有不同熔点的焊点时，对焊接区不同加热区域实施温度差异化控制，使工件上焊点处预置的焊料达到焊接熔点所需的温度，并在焊点处进行相应的润湿、扩散，进而使金属结构件与被焊件有效连接。

本实施例中，焊接过程所产生的烟雾通过烟雾回收系统8进行统一回收、排放，所产生的较大颗粒物由烟雾回收系统的过滤网进行拦截、过滤，使颗粒附着于过滤网上，供设备使用者定期清理，离心风机在加热焊接区的上方形成具有一定吸力的负压层，通过气压差将焊接过程产生的烟雾负压吸走，以便后续进行废气处理，废气处理过程在此不作赘述。

步骤S300：将焊接完成的工件通过所述传动系统送至冷却系统中冷却，使所述焊点中的焊料凝结以固定金属结构件与被焊件的连接。

在完成加热焊接后，工件经传动系统4传输至冷却区中，冷却系统6中第二电机驱动第二风轮转动产生气流，气流经过填充有冷却水的冷却水管形成冷气流，吹向加热焊接完成的工件上，将加热焊接完成的工件快速冷却，使焊点处的焊料加快凝结以固定金属结构件与被焊件的连接，形成可靠性高的焊点。

最后，将工件从周转夹具中取出，并将周转夹具回传至物料周转箱中，完成一个作业循环。

本发明通过将锡钎焊接工艺中的上锡步骤和加热焊接步骤拆分，并在加热焊接时对工件进行整体非接触式加热使焊料充分熔融、润湿，从根本上解决传统焊接工艺焊接时热量不足及受热不均的问题，保证金属结构件焊点的连续性、融透性及力学强度，进而提升金属结构件的电气连接导通性能和结构连接可靠性能，从而提升基站天线的电气指标。

在焊接过程中，当工件有多个，并且多个工件具有不同熔点的焊点时，对焊接区不同加热区域实施温度差异化控制，以适应不同熔点的焊点的多个工件的加热焊接。

当工件在纵向上具有多个不同熔点的焊点时，对加热区域温度在纵向上实施差异化控制。

当工件需要不同的加热焊接时长时，对传动系统的速度进行调节，以保证工件得到充分加热，焊料被充分熔融，保证了焊接的质量。

以上控制过程均由电控系统根据其内预设的程序控制实现，具有自动化程度高、焊接时间和温度得到十分精准的管控，进而使焊接质量得以保证。

总而言之，采用本发明的整体加热焊接方法，焊接效率比手工烙铁效率提升近三倍，良品率达到99.99％。同时，由于自动化程度高，可以大幅减少操作人员，提高生产效率，降低生产成本。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。