应用报告:钎焊中的非接触式温度测量

 

感应加热是焊接复合金刚石刀头以及石材锯片的有效手段。这个结论无论在大批量生产还是维修中都被证实是正确的。红外测温是唯一能够满足工业对于产品质量和测量标准所提出要求的温度测量技术。

 

钎焊-古老的技术

 

作为一种在两种材料之间形成粘结点的方法,热熔融已经有6000多年的历史。在钎焊中,填充材料被融化成液态,但是母材未被加热到熔点以上。而熔焊是一种将要连接的材料本身加热到熔点以上的热熔融过程。工作温度低于450℃被称为软钎焊,而温度在此之上的过程被称为硬钎焊。而工作温度高于900℃的高温钎焊在真空或者惰性气体气氛中进行。有多种加热方式:火焰、电弧、钎焊炉、焊球,交变磁场或者电流。

 

感应加热原理

 

感应加热钎焊不像其他焊接方式那样广为人知。高频感应加热的原理是将导电的材料放置到变化的电磁场中。感应加热电源给单圈或者多圈的感应线圈提供变化的电流,从而产生磁场。当工件被放置到感应线圈之间,并进入磁场后,涡流进入工件内部,产生精确可控、局域的热能。

 

感应加热器和变压器的工作原理相同:线圈作为初级绕组,而工件作为次级绕组。

 

单圈感应线圈加热工件

单圈感应线圈加热工件

 

感应加热钎焊的优势

 

由于其高效的加热方式—可以看作是由内而外的加热—感应钎焊是一种很理想的方式。与激光加热不同,感应加热的效果不受钎焊位置或接头变化的影响。

 

电磁感应加热提供比烙铁更快速、更均匀的加热效果。烙铁头会磨损并且需要经常更换,而感应线圈因为采用非接触方式,所以几乎是无磨损的。

 

在需要把热量约束在工件上的特定区域时,感应式钎焊是理想的选择。感应加热设备需要更少的成本投资,而维护简化意味着降低使用成本,因此比其他钎焊方法具有更多优势。

 

在过去,感应式加热主要被用于焊接大型接头。现在,通过使用更精密的感应线圈、非接触式温度测量技术,以及更精确的送丝和填料成型,感应式加热被越来越多的用在非常细小的部件上,例如印刷电路板和基底。

 

因为热量高度的局域性,焊点快速达到熔融所需温度而不必冒损坏工件的危险。感应式钎焊更节约,并且由于其高度可重复性,因此非常适合自动化、大规模生产工艺。

 

感应钎焊金刚石刀头

 

全自动钎焊机被用于把不同尺寸和形状的硬质合金和金刚石刀头安装到工具上,例如圆锯片。这种先进技术已经能够满足当今工业化工艺控制的高要求,并且提供对材料公差的自动补偿。

 

用于圆锯片的全自动钎焊机

用于圆锯片的全自动钎焊机

 

锯片和金刚石刀头形成短路的绕组。涡流进入锯片和金刚石刀头,产生精确和局域化的热能。在锯片和刀头之间的银焊料达到钎焊温度后把两者焊在一起。这一温度值对于接头的质量有重大影响。为了避免加热对材料本身的损伤,必须迅速且无过冲的达到设定的钎焊温度,约720至750℃,而且在整个钎焊过程中必须维持恒定。

 

只有借助快速响应的测温仪技术,才可能精确控制温度,从而防止不必要的热渗透进入锯片内部。而且这种方式可以避免刀头中的残余应力和形成裂纹的风险。如果刀头被加热到750℃以上会转化为石墨。这种化学变化会逐渐积累,并且与加热时间和超出设定温度的多少有关。

 

用于感应钎焊机的特制测温仪

 

KELLER HCW GmbH生产的CellaTemp PQ 28是针对类似感应钎焊这类对温度测量提出了极高要求的应用而特殊设计的。CellaTemp PQ 28可以测量300℃至1400℃,覆盖了钎焊工艺的整个温度范围。因为只在选定的局部点上加热,所以提供高分辨和精确瞄准的测温仪也就更为重要。而CellaTemp PQ 28凭借其高精度光学系统,可以测量最小1.5 mm直径的目标。

 

测温仪针对刀头温度进行测量

测温仪针对刀头温度进行测量

 

使用点光源照明对于测温仪精确瞄准目标点至关重要。CellaTemp PQ 28集成了基于最新LED技术开发的LED点光源。与激光点光源相比,LED的优势在于不仅给出目标的准确位置,而且同时给出目标光斑的真实尺寸。而且LED可以持续照明,并对人没有伤害。LED的寿命也是激光器的数倍。

 

CellaTemp PQ 28测温仪集成LED点光源

CellaTemp PQ 28测温仪集成LED点光源

 

用于加热工艺中的精确温度控制时,测温仪必须能够连续测量温度变化。CellaTemp PQ 28的响应时间为2 ms,因此非常适合用于快速工艺控制。

 

因为钎焊机上的安装空间通常都很有限,所以紧凑的系统尺寸不可忽视。CellaTemp PQ 28的直径为30 mm,长度为190 mm,得益于螺纹旋入安装方式,可以被轻松安装到狭窄的空间内。

 

结论

 

在现代钎焊设备上使用CellaTemp PQ 28和可编程控制系统,可以确保实现高效率、高重复性、无磨损的生产工艺控制并获得更高的产量,以满足现代工业的需要。

 

 

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