[發(fā)明專利]熱電極、用于熱電極的夾緊結(jié)構(gòu)和制造方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080014083.X
• 申請(qǐng)日: 2010-03-29
• 公開（公告）號(hào): CN102369785A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格里·伍頓;喬爾·鄧洛普;達(dá)科·馬爾蒂尼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: ATS自動(dòng)化加工系統(tǒng)公司
• 主分類號(hào): H05B3/00
• 分類號(hào): H05B3/00;B23K3/03
• 代理公司: 北京高文律師事務(wù)所 11359
• 代理人: 徐江華

優(yōu)先權(quán)

本專利申請(qǐng)要求2009年3月27日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)61/164,163和2009年7月2日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)61/222,523的權(quán)益，這些專利申請(qǐng)因而在此通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)一般涉及用于加熱應(yīng)用中的設(shè)備和部件。更具體地，本申請(qǐng)涉及熱電極以及組裝和制造熱電極的方法。

背景技術(shù)

熱電極是用于局部加熱應(yīng)用的裝置，其典型地用于軟焊和熱熔應(yīng)用以及其他類似應(yīng)用中。通過熱電極的尖端的直接電阻加熱而產(chǎn)生熱量。“軟焊槍”是常見的示例。

熱電極的主要優(yōu)點(diǎn)在于，極快的溫度變化(可大于1000℃/秒)，并且通常具有對(duì)溫度的精確控制。而且，由于電阻元件典型地與將被加熱的物件直接接觸，因而實(shí)現(xiàn)有效傳熱并可對(duì)物件快速加熱。由于所述尖端幾乎沒有熱質(zhì)量，因而通過周圍環(huán)境的快速冷卻通常也是可行的。而且通過極快的冷卻還可有助于強(qiáng)制空氣冷卻。

存在多種類型的常用熱電極。這些熱電極的不同之處主要在于，尖端的形狀，和相對(duì)于將被加熱的物件的電流流動(dòng)方向。圖1例示出示例性的熱電極尖端類型。圖1A顯示出卷起類型的尖端10，其為U形箔片，附接到兩個(gè)柄11。在這種情況下，工作表面是所述箔片的平坦表面。圖1B顯示出刀刃類型的尖端12，其中，箔片安裝在邊緣上，工作表面是底邊緣。圖1C顯示出掛鉤類型的尖端14，其類似于卷起類型的熱電極，但在尖端具有突出部15以提供工作表面。

熱電極典型地包括以下元件：

端子：施加電力的電接觸部；

安裝部，熱電極的主體，用于將熱電極連接到其他結(jié)構(gòu)(安裝部典型地還包括所述端子)，支撐所述柄；

柄：支撐尖端并將電流傳導(dǎo)到尖端，設(shè)置在安裝部與尖端之間；

尖端：高電阻元件，其中產(chǎn)生大多數(shù)熱量；

過渡區(qū)：尖端銜接到柄的區(qū)域；

工作表面：與將被加熱的物件進(jìn)行接觸的尖端部分；

熱電偶：用于確定工作溫度的裝置，典型地附接到尖端；

熱電偶連接器：將熱電偶連接到電路以傳送溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)良好加熱過程的重要因素包括：足夠的壓力和熱電極相對(duì)于將被加熱物件的良好平面性。這些因素確保良好和一致的傳熱以及準(zhǔn)確的溫度控制。當(dāng)軟焊電鍍導(dǎo)線或帶線時(shí)，平面度優(yōu)選地大于軟焊板厚度的一半。

熱電極典型地通過將尖端焊接到銅柄而制成。這種焊接結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致多種缺陷，例如：裝配時(shí)的變化和焊接穿透導(dǎo)致由于焊接部更差所致的可變的裝置電阻，從而導(dǎo)致不希望發(fā)生的加熱；不良裝配導(dǎo)致在尖端中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致由于應(yīng)力裂紋所致的早期故障；不良裝配導(dǎo)致工作表面相對(duì)于安裝特征的平面性不良；由難以焊接材料制成的元件產(chǎn)生應(yīng)力，形成大的熱影響區(qū)和/或具有不完全焊接，這導(dǎo)致由于在焊接部近處應(yīng)力裂紋所致的不希望出現(xiàn)的熱點(diǎn)和早期故障；和/或焊接過程本身以及增加有利于組裝的特征，增加了額外加工步驟以及另外的處理步驟。

進(jìn)一步地，在常見的折起構(gòu)造中，如果尖端連接到L形導(dǎo)電體，則這可能導(dǎo)致通過尖端的斜向電流流動(dòng)以及在尖端工作表面上的斜向分布的熱點(diǎn)，這可導(dǎo)致不均勻加熱。

更進(jìn)一步地，在已知熱電極中的安裝部通常是復(fù)雜的。熱電極必須典型地由三個(gè)基準(zhǔn)面限定以在工作表面與將被加熱物件之間實(shí)現(xiàn)可控的平面性。

熱電極的使用壽命還受限于諸多機(jī)制，包括：由于重復(fù)性的熱和機(jī)械應(yīng)力所致的金屬疲勞；液態(tài)金屬變脆；液態(tài)金屬侵蝕；電化侵蝕；熱電偶脫離，特別是與難以焊接的尖端材料(例如鈦)脫離；和熱電偶的斷線失控、熱脆、通量侵蝕和其他因素。

雖然一些供應(yīng)商已經(jīng)開發(fā)出單件式的折起的和刀刃的熱電極以取消焊接結(jié)構(gòu)，不過這些設(shè)計(jì)通常具有復(fù)雜的夾緊結(jié)構(gòu)并包含可移除的緊固件和其他部件。這些結(jié)構(gòu)還通常包括承受應(yīng)力和應(yīng)變的尖端，這有可能縮短尖端的使用壽命。

由此，需要一種改進(jìn)的熱電極，其意在克服傳統(tǒng)熱電極中至少一些問題。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種熱電極，包括：柄；尖端；和在所述柄與所述尖端之間的過渡區(qū)，該過渡區(qū)被構(gòu)造為提供電阻梯度以改善所述尖端中的熱控制。

在特定情況下，所述柄和所述尖端形成為單一件。柄和尖端的形成可例如通過線EDM形成。

在另一特定情況下，通過使所述柄處的厚度大于所述尖端處的厚度，所述過渡區(qū)被構(gòu)造為提供電阻梯度以改善所述尖端中的熱控制。