用于焊接形状记忆合金的方法技术

技术编号:15311629 阅读:118 留言:0更新日期:2017-05-15 18:55
一种将形状记忆合金(SMA)元件焊接至部件的方法包括:相对于所述部件的表面定位所述SMA元件的镀锡端部,然后当所述SMA元件上不存在氧化物层时,使用具有低液相线温度(500°F或更低)的焊接材料将所述镀锡端部直接焊接至所述表面。当存在氧化物层时,可使用基于铅的焊接材料在较高温度下焊接所述端部。在焊接所述SMA元件之前,所述端部可使用包含磷酸或氟化锡的熔剂材料镀锡。所述SMA元件可浸入酸性浴液中以去除氧化物层。所述焊接材料可包含锡和银、锑或锌,或其它足以实现低液相线温度的材料。控制穿透所述SMA元件的热量以保护形状记忆能力。

Method for welding shape memory alloy

A shape memory alloy (SMA) including the method of components welded to parts: relative to the end surface of the positioning of the tin component of the SMA element, and then when the SMA element does not exist on the oxide layer, using low liquidus temperature (500 degrees F or less) of welding materials the tin end directly welded to the surface. When an oxide layer is present, the end portion can be welded at higher temperatures using lead based solder material. Prior to welding the SMA element, the end may be tin plated with a flux material containing phosphoric acid or tin fluoride. The SMA element can be immersed in a bath of acid to remove the oxide layer. The solder material may contain tin and silver, antimony or zinc, or other materials sufficient to achieve low liquidus temperature. Control the heat passing through the SMA element to protect the shape memory capability.

【技术实现步骤摘要】
用于焊接形状记忆合金的方法
本公开涉及一种用于焊接形状记忆合金的方法。
技术介绍
形状记忆合金(SMA)是展现出伪弹性和形状记忆的一类材料。SMA元件(诸如SMA线材)的变形是暂时的并且通过施加外部刺激(诸如热或电信号)而可逆。SMA元件的形状记忆能力大部分是归因于由于协同原子重组发生的取决于温度和应力的固态相变。某些机电应用使用SMA元件来携带并且传输负载和/或位移,例如基于SMA线的控制致动器。然而,常规上用于连结电子装置中的导线的类型的焊接材料并未充分结合至SMA材料,诸如镍-钛。因此,用于将SMA元件连结至部件的当前惯例包括将金属端部附件卷边至SMA元件的远端上以及接着将卷边的端部附件紧固至部件的表面。然而,SMA元件的卷边具有某些性能限制,包括卷边的端部附件处或附近随着时间变化而出现的潜在滑动或疲劳。
技术实现思路
本文公开了一种将形状记忆合金(SMA)元件焊接至部件的方法。该方法,包括用于保护SMA元件的临界形状记忆性质的具体步骤,使得SMA元件(例如,SMA线材)的端部能够直接焊接至部件。例如,可以将SMA元件直接焊接至印刷电路板组件的表面安装件或穿孔的接触垫或直接焊接至其它SMA元件。本方法用于帮助解决制造问题,其中常规的焊接和熔剂组合并未充分结合至构成典型SMA元件的材料,例如,镍-钛(NiTi)。本文公开的方法使得在不使用常规的端部卷边或在SMA元件与SMA元件所焊接到的表面之间不使用其它介入结构的情况下能够实现SMA元件的直接焊接,具体用于最小程度地影响SMA元件的形状记忆能力。在特定实施例中,一种将SMA元件焊接至部件的方法包括:利用预定的熔剂材料和焊接材料对SMA元件的端部镀锡,相对于部件的表面定位SMA元件的镀锡端部,以及将SMA元件的镀锡端部直接焊接至部件的表面。当SMA元件并不具有氧化物层时,焊接材料具有不超过500°F的液相线温度。当存在氧化物层时可以使用较高温度,且在这些情况下焊接材料可以含铅。在示例性实施例中,焊接材料可以是锡基材料,但是在期望的专利技术范围内可以使用其它材料,包括锡和铅的较低百分比混合物或铟与铅、银或锡、与下文陈述的各种其它示例性材料组合的混合物。该方法包括在对SMA元件镀锡和直接焊接的同时控制渗透至SMA元件的深度中的热量,从而保护SMA元件的形状记忆能力。该方法可以包括在不存在氧化物层时使用无铅焊接材料将SMA元件的镀锡端部焊接至部件的表面。该方法可以可选地包括将SMA元件浸入酸性浴液中持续足以产生洁净的SMA元件的校定的一段时间。所述浴液可以是氢氟酸和硝酸的混合物。可以将浸浴后的SMA元件在水浴液中进行漂洗以去除任何酸性残留。在各种非限制性示例性实施例中,焊接材料可以包含按重量计至少3.5%的元素银,例如,KAPPZAPP3.5,或按重量计5%的元素锑或按重量计9%至15%的锌。可以使用其它材料来实现所需的液相线温度。SMA元件可以由镍钛构造而成并且在某些实施例中可以配置成SMA线材。通过结合附图对实施本公开的最佳模式的以下详述,本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将是显而易见的。附图说明图1是根据所公开方法的用于将形状记忆合金(SMA)元件焊接至部件的示例性焊接台的示意图。图2是描述用于将SMA元件焊接至部件的示例性方法的流程图。图3是描述用于将SMA元件焊接至部件的方法的自动版本的流程图。具体实施方式参考附图,其中相同附图标记对应于所有几幅图的相同或类似的部件,图1中示意地示出了示例性焊接台10。然而,如下文参考图3所述,本公开不限于手动过程。图1的焊接台10配置成将形状记忆合金(SMA)元件12焊接至部件14的表面。例如,焊接台10可以用于将SMA元件12焊接至接触垫14C,例如,如图所示的示例性印刷电路板组件的电接触件或致动器表面。在本领域中众所周知,SMA材料的有用应用充分扩展至电子器件的领域之外,且因此印刷电路板组件仅仅是说明性的。部件14可以可选地体现为控制板,其中SMA元件12选择性地连接以将力或负载施加至控制板,另外这同样不限于此应用。图1的焊接台10包括与具有热力控制的焊接笔19的烙铁18通信的控制器16。卡扣式散热器11可以用于固定SMA元件12以及用作如下文陈述的散热器。也可以使用烟橱15来帮助去除可通过焊接过程在操作者的附近产生的烟雾。焊接台10处还布置有如下文陈述的所需材料和设备,其是根据图2中所示的方法100成功地焊接SMA元件12所需的。所需材料包括下文所述的具有具体成分的焊接材料21和熔剂材料22。可以使用常规的尖端镀锡材料24来帮助在焊接操作之前清理焊接笔19中的氧化物和污垢。如上文提及,常规的焊接材料在应用于SMA材料、尤其是镍-钛SMA线材时很大程度上或完全无效。因此,本文公开的具体材料成分、熔接温度和技术期望使得能够将SMA元件12直接焊接至部件14。如本文所使用,术语“直接”和“直接地”要求SMA元件12与SMA线材12将被焊接到的表面之间不存在介入结构。例如,常规方法包括将金属端部件卷边至SMA线材的端部,接着将金属端部件焊接或紧固至表面。此过程被视为间接的,因为SMA线材的材料本身并未焊接至所述表面。SMA线材和其它SMA元件12在制造时具有在校定的激活温度下收缩(例如长度收缩高达6%)的能力,因此允许SMA元件12用作致动器。如果SMA元件12在焊接过程期间过热(使用常规的焊接技术可能会发生),那么SMA元件12的形状记忆能力可降级或彻底丢失。因此,下文所述的方法100的全部焊接步骤均需要部分通过控制尖端19T处的热量来将受控制的热量施加于SMA元件12的局部区域。这允许熔剂材料22将SMA元件12充分湿润,使得焊接材料21可牢固地结合至SMA元件12。随后尽可能快地去除热量以防止热量穿透至SMA元件12的深度中。换句话来说,热量被局部保持,因此SMA元件12并不会失去其形状记忆能力。一般来说,在下文公开的具体示例中,方法100使用散热器(诸如图1中所示的导热卡扣式散热器11)、低液相线温度焊接材料21以及特定的熔剂材料22来最小化对形状记忆能力的影响。图1中的控制器16包括输入装置13,该输入装置13可操作地用于设定所需焊接温度。例如,可以使所示的温度刻度盘旋转至所需温度设定,该温度设定在本方法100的范围中可以在约375°F至约700°F的范围内,约450°F至约550°F的焊接温度通常是合适的,当在SMA元件12的外表面上存在氧化物层时可能使用更高的温度,如下文所解释的。温度控制器16的其它实施例在设计与操作上可以是数字式的。通过输入装置13设定所需的焊接温度导致焊接笔19的尖端19T的电阻加热至所需温度。在图2的方法100和图3的自动化方法200的范围之内,熔剂材料22可以是具有低液相线温度的活性化合物或酸性化合物。如本领域所知,术语“液相线温度”是指在高于该温度时给定的材料完全处于液态的温度。在本公开的范围内,术语“低液相线温度”是指在特定实施例中不超过约500°F的温度。熔剂材料22用于帮助从SMA元件12上去除表面氧化物的光层。在熔剂材料22中使用特定的化学物质,诸如氟化锡(SnF2),可有助于去除氧化物层。熔剂材料22的另一个示例的混合物是磷酸的足够浓缩的形式,例如本文档来自技高网...
用于焊接形状记忆合金的方法

【技术保护点】
一种将形状记忆合金(SMA)元件焊接至部件的方法,所述方法包括:用焊接材料和预定的熔剂材料对所述SMA元件的端部镀锡,其中所述熔剂材料包含浓磷酸或氟化锡,并且其中所述焊接材料具有不超过500°F的液相线温度;相对于所述部件的表面定位所述SMA元件的镀锡端部;使用所述焊接材料将所述SMA元件的镀锡端部直接焊接至所述部件的所述表面;以及在对所述SMA元件镀锡并直接焊接的同时控制穿透进入所述SMA元件的深度的热量,从而保护所述SMA元件的形状记忆能力。

【技术特征摘要】
2015.11.03 US 14/9310561.一种将形状记忆合金(SMA)元件焊接至部件的方法,所述方法包括:用焊接材料和预定的熔剂材料对所述SMA元件的端部镀锡,其中所述熔剂材料包含浓磷酸或氟化锡,并且其中所述焊接材料具有不超过500°F的液相线温度;相对于所述部件的表面定位所述SMA元件的镀锡端部;使用所述焊接材料将所述SMA元件的镀锡端部直接焊接至所述部件的所述表面;以及在对所述SMA元件镀锡并直接焊接的同时控制穿透进入所述SMA元件的深度的热量,从而保护所述SMA元件的形状记忆能力。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述预定的熔剂材料包含按重量计至少80%磷酸的浓磷酸。3.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:检测所述SMA元件上的氧化物层并且响应于所检测的氧化物层使用含铅的焊接材料作为所述焊接材料。4.根据权利要求3所述的方法,其中所述含铅的焊接材料是按重量计至少70%的元素铅。5.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:检测所述SMA元件上的氧化物层的缺失,并且响应于所检测的氧化物层的缺失使用无铅的焊接材料作为所述焊接材料。6.根据权利要求1所述的方法,其中所述预定的熔剂材...

【专利技术属性】
技术研发人员:N·W·平托四世N·L·约翰逊N·P·艾里什M·P·巴洛格D·B·哈达德
申请(专利权)人:通用汽车环球科技运作有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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