本發(fā)明涉及一種用于在借助于電磁感應(yīng)式加熱對(duì)電氣構(gòu)件或電子構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)縮短過(guò)程時(shí)間的方法，所述方法特別是用于在將電的接觸元件與焊接連接面進(jìn)行焊接時(shí)縮短過(guò)程時(shí)間的方法，所述焊接連接面施加在非金屬基質(zhì)、特別是玻璃板上，以及本發(fā)明涉及一種為此的接觸元件。

背景技術(shù)：

由de102004057630b3預(yù)先已知一種用于對(duì)多個(gè)電氣連接進(jìn)行焊接的方法，其中，可將接觸元件與在非金屬的盤(pán)上設(shè)置的焊接連接面進(jìn)行焊接。

在預(yù)先已知的方法中采用感應(yīng)焊接過(guò)程。對(duì)此，由包括經(jīng)供電的回環(huán)或線圈的且在多個(gè)焊接連接面的區(qū)域中覆蓋的焊接工具將具有預(yù)定頻率的磁場(chǎng)發(fā)射到焊接部位上，以便通過(guò)感應(yīng)對(duì)該焊接部位進(jìn)行加熱，其中，焊接工具連同回環(huán)或線圈的大小和形狀與設(shè)置有多個(gè)在焊接過(guò)程中同時(shí)待加熱的焊接部位的面有關(guān)地確定尺寸。

施加到回環(huán)或線圈上的交流電壓的頻率匹配于連接幾何結(jié)構(gòu)并且調(diào)節(jié)到最大150khz。具體而言，磁場(chǎng)的頻率處于5至150khz之間。

按照de102004057630b3的教導(dǎo)由如下認(rèn)識(shí)出發(fā)，即，在以700至900khz之間的范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行感應(yīng)式焊接的試驗(yàn)中沒(méi)有取得領(lǐng)人滿意的結(jié)果。確定的是，用作焊接連接面的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在盤(pán)表面上過(guò)度加熱并且導(dǎo)出非常多的熱，而同時(shí)待焊接的構(gòu)件還未充分加熱，所述盤(pán)表面包括由具有相對(duì)高的銀份額的絲網(wǎng)印刷膏制成的經(jīng)燃燒的厚層。

作為原因參閱如下事實(shí)，即，導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或其材料具有對(duì)于感應(yīng)式輸入的高頻波的高吸收。加熱在使用高頻率的情況下不進(jìn)入或僅非常緩慢地進(jìn)入體的深度區(qū)域中，而保持在表面上，這稱為所謂的集膚效應(yīng)。

因此，不同于儀器制造商的認(rèn)識(shí)，在感應(yīng)式焊接時(shí)感應(yīng)波的頻率明顯降低，更確切地說(shuō)處于<150khz的范圍內(nèi)。利用該頻率應(yīng)提高磁場(chǎng)的進(jìn)入深度。作為缺點(diǎn)在de102004057630b3中證實(shí)：可提供增大的電功率，因?yàn)橄鄬?duì)低頻的輻射得到在空隙和盤(pán)體中的相對(duì)高的傳輸損耗。就這點(diǎn)而言，必須以低頻磁場(chǎng)的較高場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行工作。

由de20203202u1預(yù)先已知一種電氣連接、特別是卷接或壓接，其用于待設(shè)置在前進(jìn)機(jī)構(gòu)、特別是機(jī)動(dòng)車的至少一個(gè)盤(pán)上的電氣裝置、例如天線。所述電氣連接包括至少一個(gè)基本上平坦的、待焊接到盤(pán)上的焊盤(pán)和至少一個(gè)與焊盤(pán)通過(guò)熔焊或釬焊處于連接中的、在擠壓接頭中固定至少一個(gè)電纜的擠壓件、特別是卷曲部。

按照在那里的解決方案，焊盤(pán)和擠壓件之間的連接以至少一個(gè)連接件的形式構(gòu)造，其中，所述連接件如此構(gòu)造，使得擠壓件能彎回到焊盤(pán)的區(qū)域中和/或超過(guò)焊盤(pán)的區(qū)域。

de102006047764a1公開(kāi)一種無(wú)鉛的軟焊料，其具有在>150℃的溫度時(shí)的改善的特性。無(wú)鉛的軟焊料基于sn-in-ag-焊料合金，其包含88至98.5重量百分比之間的sn、1至10重量百分比之間的in、0.5至3.5重量百分比之間的ag、0至1重量百分比之間的cu和具有結(jié)晶改性劑(特別是最大100ppm的釹)的摻雜。該焊料應(yīng)具有關(guān)于所使用的連接機(jī)構(gòu)良好的一致性和高的耐久性。

de202011100906u1示出一種電的連接元件，其用于借助于熱材料鎖合的連接材料接通處于面狀的載體上的能傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，其中，在所述連接元件的背離能傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)的那側(cè)上設(shè)置有用于固定導(dǎo)體的機(jī)構(gòu)。連接元件構(gòu)造為焊接腳，所述焊接腳具有至少近似的8形或圓環(huán)形。優(yōu)選地，預(yù)先已知的類型的焊接腳包括多個(gè)彼此嚙合的圓環(huán)或圓環(huán)部段。然而已經(jīng)證實(shí)，在這樣的連接元件中在彼此嚙合的圓環(huán)或圓環(huán)部段的區(qū)域中在感應(yīng)式焊接過(guò)程中產(chǎn)生電磁場(chǎng)的高度集中，這導(dǎo)致在焊接時(shí)在玻璃板的對(duì)應(yīng)的匯流排上對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)的過(guò)度加熱并且因此導(dǎo)致其損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由上面提到的內(nèi)容，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種用于在借助于電磁感應(yīng)式加熱對(duì)電氣構(gòu)件或電子構(gòu)件進(jìn)行焊接時(shí)縮短過(guò)程時(shí)間的進(jìn)一步改進(jìn)的方法，所述方法特別是用于在將電的接觸元件與焊接連接面進(jìn)行焊接時(shí)縮短過(guò)程時(shí)間的方法，所述焊接連接面施加在非金屬基質(zhì)、特別是玻璃板上，其中達(dá)到，以傳統(tǒng)頻率以感應(yīng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)待焊接的物體的優(yōu)化加熱，而配合接觸面不承受過(guò)于強(qiáng)烈的加熱，此時(shí)與此關(guān)聯(lián)地不利地影響所使用的非金屬基質(zhì)，特別是當(dāng)該基質(zhì)是玻璃板、例如車輛玻璃時(shí)。

此外，本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種進(jìn)一步改進(jìn)的接觸元件，所述連接元件用于借助于電磁感應(yīng)式加熱進(jìn)行焊接，所述接觸元件在焊接過(guò)程中有助于避免局部的過(guò)度加熱并且因此允許焊劑的均勻加熱。

本發(fā)明的任務(wù)的解決通過(guò)按照權(quán)利要求1或9的定義的教導(dǎo)進(jìn)行，其中，從屬權(quán)利要求構(gòu)成至少符合的構(gòu)造方案和改進(jìn)方案。

本發(fā)明基于為了焊接目的的感應(yīng)式加熱的原理的基本認(rèn)識(shí)。通過(guò)在感應(yīng)式焊接時(shí)局部加熱的可能性，焊接連接可以在工件上實(shí)施，所述焊接連接允許短暫地且僅在焊接部位處加熱。因此，感應(yīng)式焊接原則上提供如下優(yōu)點(diǎn)，即，避免對(duì)組織和相鄰區(qū)域的強(qiáng)度產(chǎn)生不希望的影響。

在感應(yīng)式焊接的基本原理中利用如下認(rèn)識(shí)，即，由交變電流流過(guò)的電導(dǎo)體圍繞自身形成電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)以相位移類似于交變電流的頻率在零點(diǎn)附近振蕩。如果導(dǎo)電體置于載流導(dǎo)體的附近，則在所述導(dǎo)電體中感應(yīng)出電壓，所述電壓同樣引起交變電流、所謂的次級(jí)交變電流。這個(gè)感應(yīng)出的交變電流相對(duì)于初級(jí)電流相位移動(dòng)180°。在電流足夠充足的情況下，第二導(dǎo)體或工件(在本情況下焊接腳)由通過(guò)電流產(chǎn)生的熱進(jìn)行加熱。所述熱可以在非鐵磁的材料中借助于牛頓定律確定。

載流的初級(jí)導(dǎo)體稱為感應(yīng)器。感應(yīng)器的形狀匹配于待加熱的工件區(qū)段的結(jié)構(gòu)、特別是焊接腳的結(jié)構(gòu)。

存在不僅使用感應(yīng)的單匝感應(yīng)器而且使用具有n匝的多匝感應(yīng)線圈的可能性，其中，在后一種情況下，工件中的次級(jí)電流與匝數(shù)成比例地升高并且達(dá)到初級(jí)電流的n倍的值。

感應(yīng)出的電流主要僅在導(dǎo)體的表面上流動(dòng)。因此，在經(jīng)感應(yīng)式加熱的金屬體中產(chǎn)生的熱能在其表面層上積聚，所述表面層的厚度與材料的頻率以及電和磁的特性有關(guān)。對(duì)此的集膚效應(yīng)通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即，在導(dǎo)體中流動(dòng)的交變電流通過(guò)在其內(nèi)部中的自感應(yīng)同樣產(chǎn)生渦流，所述渦流與初級(jí)電流相反地指向。通過(guò)這個(gè)出現(xiàn)的疊加，在導(dǎo)體的內(nèi)部中產(chǎn)生較高的阻抗，所述阻抗引起在導(dǎo)體的表面上的電流的集中。隨著頻率變大，該效果增大，從而在高頻率時(shí)僅還有導(dǎo)體的非常薄的表面層流過(guò)。這還導(dǎo)致，有效的阻抗隨著頻率越來(lái)越大相對(duì)于其直流阻抗明顯地升高。此外，電流密度從表面向?qū)w內(nèi)部按照e函數(shù)減小。因此，參考感應(yīng)式加熱可確定，引入感應(yīng)器中的工件的情況與載流導(dǎo)體一樣。

與集膚效應(yīng)的問(wèn)題無(wú)關(guān)，感應(yīng)式加熱相對(duì)于其他熱的加熱方法的主要優(yōu)點(diǎn)基于如下事實(shí)，即，熱直接在工件本身中產(chǎn)生。因此，感應(yīng)式加熱不需要通過(guò)對(duì)流、輻射和/或熱傳導(dǎo)進(jìn)行傳輸，這原則上能實(shí)現(xiàn)高的加熱速度。

如果對(duì)于待焊接的材料使用鐵磁材料，則熱能此外還增加，所述熱能通過(guò)由于持續(xù)變換的電磁場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)磁化而產(chǎn)生。

按照本發(fā)明，學(xué)術(shù)的偏見(jiàn)被克服，所述偏見(jiàn)在于，在將電的接觸元件上的金屬的焊接腳與焊接連接面進(jìn)行焊接的情況下盡可能不利用高頻率，以便避免對(duì)焊接連接面的過(guò)度加熱，因?yàn)榉駝t導(dǎo)出過(guò)多的熱并且因此僅不充分地加熱待焊接的構(gòu)件。

按照本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，在由包括鐵鎳合金或鐵鉻合金的材料制成的電的接觸元件、特別是焊接腳的構(gòu)造方案中，在高頻率時(shí)也給出通過(guò)較高的渦流損耗對(duì)鐵磁元件的很快速的加熱。因?yàn)橥ǔＳ珊y的厚層材料制成的焊接連接面構(gòu)成好得多的電導(dǎo)體，所以在那里通過(guò)感應(yīng)轉(zhuǎn)化的能量小得多，從而在力求的過(guò)程持續(xù)時(shí)間非常短的情況下快速且充分地加熱焊接腳材料，但僅微小地加熱相應(yīng)的焊接連接面。因此，也僅較少的能被引導(dǎo)到基質(zhì)、特別是所使用的玻璃板上，從而可以避免由焊接過(guò)程引起的熱應(yīng)力。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，按照本發(fā)明的方法對(duì)于焊接過(guò)程應(yīng)用無(wú)鉛的連接材料、特別是無(wú)鉛的焊料。

在無(wú)鉛的焊料中，為了取代缺少的鉛的可延展性，玻璃板和焊接腳材料的熱膨脹系數(shù)的匹配通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)，即，取代焊接腳材料中的銅，更確切地說(shuō)特別是由鐵鎳合金或鐵鉻合金取代。恰好一種這樣的合金材料導(dǎo)致較高的渦流損耗的特別有利的效果，此時(shí)較快速的且較強(qiáng)烈的加熱，從而產(chǎn)生多重優(yōu)點(diǎn)，更確切地說(shuō)在焊接時(shí)熱膨脹系數(shù)和希望的過(guò)程時(shí)間縮短的方面。

以意想不到的方式，在所提出的過(guò)程引導(dǎo)中并且在應(yīng)用900khz的范圍內(nèi)的高頻能時(shí)，處于盤(pán)上的焊接連接面的銀層材料未受到不利影響或損害。

在按照本發(fā)明的方法的一種改進(jìn)方案中，過(guò)程引導(dǎo)可以如此設(shè)計(jì)，使得短時(shí)間的冷卻階段跟隨短時(shí)間的感應(yīng)的第一加熱步驟，其他感應(yīng)加熱階段跟隨所述第一加熱步驟。這樣的周期也可以多次實(shí)施，更確切地說(shuō)在非常短的整個(gè)過(guò)程時(shí)間之內(nèi)。這樣的過(guò)程引導(dǎo)顯著地提高所實(shí)現(xiàn)的焊接連接的剪切強(qiáng)度。

按照本發(fā)明，所使用的電的接觸元件用于接通處于面狀的載體上、特別是所提到的玻璃板上的能傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)又包括銀厚層。

如已經(jīng)提到的那樣，所述載體或基質(zhì)優(yōu)選是由安全玻璃制成的盤(pán)，特別是用于在機(jī)動(dòng)車技術(shù)中。所述能傳導(dǎo)的結(jié)構(gòu)是能導(dǎo)電的形成物，例如形式為天線或熱導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)，其能借助于絲網(wǎng)印刷實(shí)現(xiàn)。作為連接機(jī)構(gòu)特別是使用無(wú)鉛的焊料，所述焊料處于電的連接元件的沒(méi)有用于緊固柔性導(dǎo)體的套管(adernendhülse)或類似機(jī)構(gòu)的那側(cè)上。

構(gòu)造為焊接腳的接觸元件具有數(shù)字8的至少近似的形狀或近似的圓環(huán)形。在此，焊接腳面狀地構(gòu)造并且由鐵鎳合金或鐵鉻合金制成。

按照本發(fā)明，所述焊接腳包括多個(gè)不彼此嚙合的或不接觸的、亦即隔開(kāi)間距的圓面、圓環(huán)或圓環(huán)部段。在所述圓面之間存在連接面狀件，所述連接面狀件用于固定連接機(jī)構(gòu)、例如套管。

優(yōu)選地，所述連接材料可以作為焊接錫圓片坯料在一側(cè)施加在接觸元件上。

以優(yōu)選的方式，所述接觸元件、亦即所述焊接腳由fecr28或feni29co17制成。

無(wú)鉛的焊料至少作為組成部分具有如下合金：bi57sn42ag1、bi57sn40ag3、snag3.8cu0.7或sn55bi44ag1。

通過(guò)電的接觸元件的材料選擇，得到如下膨脹系數(shù)，該膨脹系數(shù)非常接近汽車玻璃板的膨脹系數(shù)、亦即處于大約9×10^-6k?？赡墚a(chǎn)生的或余下的應(yīng)力通過(guò)焊接腳的特別形狀分布在玻璃中并且由玻璃材料接收，而不存在受影響或損壞的危險(xiǎn)。

例如所述焊接腳在一定程度上沿縱向彼此分開(kāi)的“8”的結(jié)構(gòu)中具有大約20mm的長(zhǎng)度并且相應(yīng)地在大約0.8mm的材料厚度時(shí)具有大約6mm的端側(cè)外徑。在本發(fā)明的構(gòu)造方案的意義中存在，將焊接腳的所提到的形狀也變換成彼此分開(kāi)的雙8，而不離開(kāi)發(fā)明教導(dǎo)。連接面狀件具有大約9mm的長(zhǎng)度。

以意想不到的方式已經(jīng)證實(shí)，特別是接觸元件的所提出的面狀形狀足以在希望地快速加熱和降低過(guò)程時(shí)間的意義中優(yōu)化地感應(yīng)式預(yù)熱，其中，為了避免不利的電磁雜散場(chǎng)，焊接腳的所述表面?zhèn)戎械闹辽僖粋€(gè)表面?zhèn)染哂欣?.2mm的環(huán)繞的半徑。

在用于焊接含鐵鎳的或由優(yōu)質(zhì)鋼制成的接觸元件或焊接腳的示例性實(shí)驗(yàn)中，可以證明與對(duì)含銅材料的感應(yīng)式焊接相比過(guò)程時(shí)間縮短>50％。如果將所提出的感應(yīng)式焊接與對(duì)電的接觸元件的傳統(tǒng)電阻焊接相比較，則過(guò)程時(shí)間從在感應(yīng)式焊接時(shí)的12至15秒縮短到大約4至6秒。

概括地說(shuō)，按照本發(fā)明的方法的特征在于提供構(gòu)造為焊接腳的電的接觸元件的步驟，其中，接觸元件材料基于鐵鎳合金或鐵鉻合金。此外，將無(wú)鉛的連接材料施加到接觸元件、亦即焊接腳上。接著，將焊接腳定位在相應(yīng)的焊接連接面上，所述焊接連接面優(yōu)選由銀厚層材料制成并且處于玻璃板上。

接著，借助于高頻能來(lái)感應(yīng)式加熱所述焊接腳，此時(shí)產(chǎn)生提高地加熱焊接腳材料并且僅降低地加熱相應(yīng)的焊接連接面的含銀材料。在非常短的時(shí)間、特別是≤10秒的時(shí)間、優(yōu)選特別是4至6秒的時(shí)間之后結(jié)束焊接步驟。

附圖說(shuō)明

按照本發(fā)明的電的連接元件、亦即特定構(gòu)造的焊接腳應(yīng)借助實(shí)施例以及在借助附圖的情況下詳細(xì)解釋。

在這里：

圖1示出具有以比例尺8：1的示例性標(biāo)注尺寸的焊接腳的側(cè)視圖；

圖2示出按照?qǐng)D1的接觸元件的俯視圖；

圖3示出按照?qǐng)D1的細(xì)節(jié)圖a，并且

圖4示出焊接腳的窄側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

在附圖中示出的電的連接元件構(gòu)造為焊接腳并且包括兩個(gè)圓面部段1；2。

連接面狀件3處于圓面部段1；2之間。因此，在按照?qǐng)D2的俯視圖中，焊接腳具有在一定程度上彼此分開(kāi)的“8”的形狀，其具有兩個(gè)不彼此嚙合的圓面部段1；2和連接面狀件3。

優(yōu)選地，導(dǎo)體或套管(未示出)在連接面狀件3的區(qū)域中例如通過(guò)熔焊或釬焊緊固。

在圓面部段1；2的區(qū)域中在焊接腳的下側(cè)上構(gòu)造有突出部4，所述突出部例如是壓出的凸粒(sicke)。

這些突出部4在焊接過(guò)程中貼靠在結(jié)構(gòu)的表面上并且以0.3mm的示例性高度形成確定的焊接間隙。

在套筒狀的孔5中能材料鎖合地固定焊料，使得焊接腳包括焊料在內(nèi)的對(duì)應(yīng)的預(yù)制可以以簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行。

為了避免不利的電磁的雜散場(chǎng)或場(chǎng)集中，焊接腳的所述表面?zhèn)戎械闹辽僖粋€(gè)表面?zhèn)仍O(shè)有例如0.2mm的環(huán)繞的半徑6。

在圖1和2中示出的標(biāo)注尺寸是純示例性的、亦即不可局限于按照本發(fā)明的教導(dǎo)地理解。

連接面狀件3可以具有例如半徑r＝0.8mm的折彎7。

決定性地，漸縮部8是這樣的，使得連接面狀件3的寬度小于對(duì)應(yīng)的圓面部段1；2的直徑。在示出的示實(shí)例中，連接面狀件3的寬度為4mm；反之圓面部段1；2的直徑為6mm。