CN105108336A - 形状变化装置及焊接方法、玩具树及玩具发型 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，包括：铜丝、镍钛丝及电源，所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接连接在一起，所述电源经由一开关与所述铜丝或镍钛丝连接。电源通过开关控制对焊接后铜丝与镍钛丝进行供电，使得所述镍钛丝在温度达到相变温度后产生形状变化，从而实现对镍钛形状记忆合金形状的智能化控制。解决了镍钛形状记忆合金在温度变化下的形状缺乏有效解决方法的技术问题。

Description

形状变化装置及焊接方法、玩具树及玩具发型

技术领域

本发明涉及形状记忆合金的应用领域，具体而言，涉及一种形状变化装置及焊接方法、玩具树及玩具发型。

背景技术

镍钛形状记忆合金具有良好的形状记忆效应和超弹性，也是目前应用最为广泛的形状记忆合金。然而，由于镍钛形状记忆合金在温度变化下的形状缺乏有效的解决方法，使得镍钛形状记忆合金的应用范围受到很大的限制。如何提供一种能智能控制镍钛形状记忆合金形状的装置，对本领域技术人员而言是急需解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有镍钛形状记忆合金应用范围受限的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种能使现有镍钛形状记忆合金应用范围拓展的装置。

与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供采用上述镍钛形状记忆合金装置的智能玩具。

就实现镍钛形状记忆合金应用范围拓展的装置而言，本发明提供一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，包括：铜丝、镍钛丝及电源，所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接连接在一起，所述电源经由一开关与所述铜丝或镍钛丝连接。

进一步地，上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置中所述开关的打开或闭合是通过无线遥控的方式实现。通过无接触式的遥控方式实现上述开关的打开或闭合，从而控制基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置形状的变化。

进一步地，上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置中所述激光焊接的工艺参数为峰值功率1.6KW，脉宽20MS，脉冲能量18.8J，焊点重合率60％，保护气体流量30L/min。

进一步地，上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置中所述铜丝与所述镍钛丝焊接后还包括时效处理，所述时效处理的条件为温度450-500℃及保温时间10分钟。通过上述时效条件的处理，可以加强所述激光焊接后焊接处的强度，以满足本发明对焊接处的结构强度要求。

本发明还提供一种对上述基于镍钛形状记忆合的形状变化装置中铜丝与所述镍钛丝进行焊接的方法，在焊接之前，将待焊接的所述铜丝一端与所述镍钛丝一端通过镍钛管固定；焊接过程中，将激光焊接装置对准所述镍钛管进行激光焊接；焊接结束后，将焊接好的所述铜丝与所述镍钛丝进行时效处理。因铜丝与镍钛丝的尺寸很小，采用上述方法可以将铜丝和镍钛丝固定在一起，方便对铜丝和镍钛丝进行焊接。

就采用上述镍钛形状记忆合金装置的智能玩具而言，本发明提供一种玩具树，所述镍钛丝构成所述玩具树的从叶脉，所述铜丝构成所述玩具树的主叶脉，所述镍钛丝与所述铜丝构成闭合回路，所述电源经由所述开关与所述闭合回路连接。将镍钛丝构成所述玩具树的从叶脉，所述铜丝构成所述玩具树的主叶脉，通过控制所述闭合回路通电或者断电，可以对所述玩具树树叶的形态变化进行控制。

进一步地，当上述玩具树中开关闭合时，所述电源给所述镍钛丝与所述铜丝构成的闭合回路供电，所述镍钛丝温度升高，当所述镍钛丝超过相变温度时发生相变转变，所述玩具树的叶子张开。玩具树树叶的动态开闭大大提升了玩具的趣味性，增加了玩具树的附加值。

就采用上述镍钛形状记忆合金装置的智能玩具而言，本发明还提供一种玩具发型，包括：多个发丝及一金属环，所述多个发丝与所述金属环连接，所述多个发丝采用所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接而成，所述金属环经由所述开关与所述电源相连。多个发丝与金属环连接在一起，当电源给金属环通电时金属环会发热，金属环再将热量传递给发丝，发丝中的镍钛丝受热并在温度达到相变温度时发生形状变化，从而使得发丝形状发生变化。通过开关的闭合可实现对玩具发型中发丝形状的控制。

进一步地，当上述玩具发型中开关闭合时，所述电源给所述金属环供电，所述金属环发热并将热量传递给所述多个发丝，当所述多个发丝中的镍钛丝超过相变温度时发生相变转变，所述多个发丝形状发生改变。将上述玩具发型用于玩具人偶上可以增加人偶的趣味性。

进一步地，在上述玩具发型中所述多个发丝形状的变化程度由通电时间和/或通电电流大小决定。通过改变通电时间和/或通电电流大小可以实现预定时间内多种发型的变化，增加玩具的趣味性。

相对现有技术而言，本发明提供一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，包括：铜丝、镍钛丝及电源，所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接连接在一起，所述电源经由一开关与所述铜丝或镍钛丝连接。电源通过开关控制对焊接后铜丝与镍钛丝进行供电，使得所述镍钛丝在温度达到相变温度后产生形状变化，从而实现对镍钛形状记忆合金形状的智能化控制。解决了镍钛形状记忆合金在温度变化下的形状缺乏有效解决方法的技术问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一具体实施例提供的镍钛形状记忆合金的形状变化装置的结构示意图；

图2是本发明第二具体实施例提供的钢丝与镍钛丝进行焊接的方法流程图；

图3是采用图2方法对钢丝与镍钛丝进行固定时的结构示意图；

图4是本发明第三具体实施例提供的玩具树的结构示意图；

图5是本发明第三具体实施例提供的玩具树树叶的结构示意图；

图6是本发明第三具体实施例提供的一种由铜丝与镍钛丝构成玩具树树叶的结构示意图；

图7是本发明第四具体实施例提供的玩具发型的结构示意图；

图8是本发明第四具体实施例提供的玩具发型中发丝的结构示意图；

图9是本发明第四具体实施例中玩具发型通电电流1A通电时间5S后玩具发型的结构示意图；

图10是本发明第四具体实施例中玩具发型通电电流2A通电时间5S后玩具发型的结构示意图；

图11是本发明第四具体实施例中玩具发型通电电流2A通电时间10S后玩具发型的结构示意图。

其中，附图标记汇总如下：

形状变化装置100；电源120；开关140；镍钛丝150；铜丝160；镍钛管180；玩具树200；树干210；树枝220；树叶230；主叶脉231；从叶脉232；叶缘233；玩具发型300；金属环310；发丝320。

具体实施方式

如何提供一种能智能控制镍钛形状记忆合金的装置，对本领域技术人员而言是急需解决的技术问题。

有鉴于此，本发明提供一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，包括：铜丝、镍钛丝及电源，所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接连接在一起，所述电源经由一开关与所述铜丝或镍钛丝连接。电源通过开关控制对焊接后铜丝与镍钛丝进行供电，使得所述镍钛丝在温度达到相变温度后产生形状变化，从而实现对镍钛形状记忆合金形状的智能化控制。解决了镍钛形状记忆合金在温度变化下的形状缺乏有效解决方法的技术问题。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

参照图1，本发明第一具体实施例提供一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置100，可以包括：铜丝160、镍钛丝150及电源120，所述铜丝160与所述镍钛丝150通过激光焊接连接在一起，所述电源120经由一开关140与所述铜丝160或镍钛丝150连接。

在本具体实施例中，所述镍钛形状记忆合金具有奥式体与马式体两种相态，在奥氏体中形状记忆合金较硬且为刚性。而在马氏体下，形状记忆合金较软且为柔性。在马氏体下形状记忆合金可因外力拉伸而变形，一旦被加热且超过相变温度，形状记忆合金就会转变为奥氏体状态，形状记忆合金收缩***。形状记忆合金可通过不同的手段来加热。在本实施例中，采用电流流过形状记忆合金并在形状记忆合金的电阻上产生热量，所述热量致使形状记忆合金发生由马氏体到奥氏体的变化。在去除电流之后，合金开始冷却，并恢复到马氏体状态。

在本具体实施例中，所述铜丝160与所述镍钛丝150通过激光焊接连接在一起，具体地，镍钛丝150和铜丝160激光焊接工艺参数的设定：峰值功率1.6KW，脉宽20ms,脉冲能量18.8J；焊点重合率60％；保护气体(氩气)流量30L/min。

在本具体实施例中，若将镍钛形状记忆合金直接对焊得到的接头强度不高，呈脆性断裂特征。而铜具有熔点低，屈服强度低，塑性好，变形能力强等特点，将镍钛形状记忆合金与铜丝160进行焊接。一方面得到焊接头的强度较高，另一方面焊接头具有较好的变形能力。与此同时，在关键部分采用镍钛形状记忆合金并通过激光焊接技术与铜丝160连接，而不是整体结构均采用镍钛形状记忆合金，可以减低所述形状变化装置100的生产成本。

在本具体实施例中，参照图1，铜丝160与镍钛丝150通过激光焊接连接在一起，电源120的正极通过导线与铜丝160的一端连接，电源120的负极通过导线经由开关140与镍钛丝150的一端连接。所述铜丝160、镍钛丝150、电源120及开关140形成一个回路。当开关140闭合时，上述回路闭合导通，电流通过镍钛丝150，镍钛丝150发热温度升高，当镍钛丝150的温度超过相变温度时，镍钛丝150从马氏体转变为奥式体，镍钛丝150形状发生变化。通过上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置100，当用户需要调整形状变化装置100的形状时，通过闭合开关140即可实现。具体地，电源120通过开关140控制对焊接后铜丝160与镍钛丝150进行供电，使得所述镍钛丝150在温度达到相变温度后产生形状变化，从而实现对镍钛形状记忆合金形状的智能化控制。

于本发明的其它实施例中，所述电源120的正极和负极只与铜丝160或者镍钛丝150相连形成回路。当只与铜丝160相连，开关140闭合时，铜丝160中有电流通过，铜丝160发热并将热量传递给与之相连的镍钛丝150，镍钛丝150在温度达到相变温度后产生形状变化。当只与镍钛丝150相连，开关140闭合时，镍钛丝150中有电流通过，镍钛丝150发热温度升高，当温度达到相变温度后产生形状变化。

在本发明提供的第一具体实施例中，进一步地，上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置100中所述开关140的打开或闭合是通过无线遥控的方式实现。

通过无接触式的遥控方式实现上述开关140的打开或闭合，从而控制基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置100形状的变化，使得对形状变化装置100形状控制变得简单快捷。

在本发明提供的第一具体实施例中，进一步地，上述基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置100中所述铜丝与所述镍钛丝150焊接后还可以包括时效处理，所述时效处理的条件为温度450-500℃及保温时间10分钟。

在本具体实施例中，焊缝金属的相变温度是相当重要的，为了控制上述焊缝金属的相变温度，采用镀镍后焊接以改变焊缝金属中镍的含量，再经过时效处理。具体地，时效处理采用SX3-4-13智能纤维电阻炉，时效温度为450℃-500℃，保温一定时间后水淬。通过这种将镀镍和时效处理结合的“复合法”工艺对焊缝金属的相变温度进行控制。增加焊缝金属镍的含量不仅能增加马氏体的弹性能，还能使相变温度降低，而时效处理在增加相变阻力的同时也降低马氏体的弹性能，导致相变温度提高，只要控制好“复合法”的工艺参数，则可以将焊缝金属中马氏体的弹性能和相变阻力控制在合理的范围内，使焊缝金属的奥氏体转变开始温度As和终止温度Af与母材相同。优选地，上述时效处理的温度控制在450℃-500℃，保温时间控制为10min。

通过上述时效条件的处理，可以加强所述激光焊接后焊接处的强度，以满足本发明对焊接处的结构强度要求。

参照图3，本发明第二具体实施例提供一种对形状变化装置100中铜丝160与所述镍钛丝150进行焊接的方法，可以包括：

步骤S100：在焊接之前，将待焊接的所述铜丝160一端与所述镍钛丝150一端通过镍钛管180固定；

步骤S200：焊接过程中，将激光焊接装置对准所述镍钛管180进行激光焊接；

步骤S300：焊接结束后，将焊接好的所述铜丝160与所述镍钛丝150进行时效处理。

在本具体实施例中，参照图2，采用镍钛管180作为连接管将待激光焊接的铜丝160与镍钛丝150端对端地连接在一起，在焊接时通过对准焊接管即可进行激光焊接，避免了需要采用人为进行端对端对齐焊接。提高了焊接的效率与焊接的精确度。

参照图4及图5，本发明第三具体实施例提供一种采用第一具体实施例提供形状变化装置的玩具树200，所述玩具树200可以包括：树干210、树枝220及树叶230。所述树叶230可以包括：主叶脉231、从叶脉232及叶缘233。

在本具体实施例中，所述镍钛丝150构成所述玩具树200的从叶脉232，所述铜丝160构成所述玩具树200的主叶脉231，所述镍钛丝150与所述铜丝160构成闭合回路，所述电源120经由所述开关140与所述闭合回路连接。

参照图6，在本具体实施例中，铜丝160与镍钛丝150分布形成树叶230的叶脉框架，具体地，叶脉框架为一闭合回路，叶脉框架为整片树叶230叶脉纹理的一部分，从图6可见，所述镍钛丝150构成叶片的从叶脉232，所述铜丝160构成主叶脉231及叶缘233。通过控制所述叶脉框架回路通断电，可以对所述玩具树200树叶230的形态变化进行控制。所述叶脉框架在温度升高后可以使得整片树叶230张开，并在温度降低后使整片树叶230闭合。

于本发明的其它实施例中，所述铜丝160可以构成树叶230的整个主叶脉231，镍钛丝150构成的从叶脉232分布在主叶脉231两侧。控制电流通过主叶脉231，主叶脉231发热并将热量传递给从叶脉232，从叶脉232温度升高，树叶230张开。当切断通过主叶脉231的电流后，所述从叶脉232温度下降，树叶230闭合。

在本发明提供的第三具体实施例中，进一步地，当上述玩具树200中所述开关140闭合时，所述电源120给所述镍钛丝150与所述铜丝160构成闭合回路供电，所述镍钛丝150温度升高，当所述镍钛丝150超过相变温度时发生相变转变，所述玩具树200的叶子张开。当所述开关140断开，所述镍钛丝150温度降低，所述叶子闭合。

通过对上述开关140的控制实现对玩具树200树叶230关闭状态与张开状态的切换，玩具树200树叶230的动态开闭大大提升了玩具的趣味性及附加值。

参照图7～8，本发明第四具体实施例提供一种采用第一具体实施例提供形状变化装置100的玩具发型300，可以包括：多个发丝320及一金属环310，所述多个发丝320与所述金属环310连接，所述多个发丝320是所述铜丝160与所述镍钛丝150通过激光焊接而成，所述金属环310经由所述开关140与所述电源120相连。

在具体实施例中，多个发丝320与金属环310连接在一起，当电源120给金属环310通电时金属环310会发热，金属环310将热量传递给发丝320，发丝320中的镍钛丝150受热并在温度达到相变温度时发生形状变化，从而使得发丝320形状发生变化。

通过对上述玩具发型300中金属环310通电控制所述多个发丝320的弯曲状态，从而从整体上对发型进行控制。实现对玩具发型300的智能化控制。

在本发明提供的第四具体实施例中，进一步地，玩具发型300中开关140闭合时，所述电源120给所述金属环310供电，所述金属环310发热并将热量传递给所述多个发丝320，当所述多个发丝320中的镍钛丝150超过相变温度时会从马式体转换为奥式体，所述多个发丝320形状发生改变。将上述玩具发型300用于玩具人偶上可以增加玩具人偶的趣味性。

在本发明提供的第四具体实施例中，进一步地，所述多个发丝320形状的变化程度由通电时间和/或通电电流大小决定。

参照图9、图10及图11，在本具体实施例中，通过改变通电时间和/或通电电流大小可以实现预定时间内多种发型的变化，增加玩具的趣味性。

综上所述，采用本发明提供的基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，电源通过开关控制对焊接后铜丝与镍钛丝进行供电，使得所述镍钛丝在温度达到相变温度后产生形状变化，从而实现对镍钛形状记忆合金形状的智能化控制。解决了镍钛形状记忆合金在温度变化下的形状缺乏有效解决方法的技术问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种基于镍钛形状记忆合金的形状变化装置，其特征在于，包括：铜丝、镍钛丝及电源，所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接连接在一起，所述电源经由一开关与所述铜丝或镍钛丝连接。

2.如权利要求1所述的形状变化装置，其特征在于：所述开关的打开或闭合是通过无线遥控的方式实现。

3.如权利要求1所述的形状变化装置，其特征在于：所述激光焊接的工艺参数为峰值功率1.6KW，脉宽20MS，脉冲能量18.8J，焊点重合率60％，保护气体流量30L/min。

4.如权利要求1所述的形状变化装置，其特征在于：所述铜丝与所述镍钛丝焊接后还包括时效处理，所述时效处理的条件为温度450-500℃及保温时间10分钟。

5.一种对权利要求1所述形状变化装置中铜丝与镍钛丝进行焊接的方法，其特征在于：在焊接之前，将待焊接的所述铜丝一端与所述镍钛丝一端通过镍钛管固定；焊接过程中，将激光焊接装置对准所述镍钛管进行激光焊接；焊接结束后，将焊接好的所述铜丝与所述镍钛丝进行时效处理。

6.一种采用权利要求1所述形状变化装置制造的玩具树，其特征在于：所述镍钛丝构成所述玩具树的从叶脉，所述铜丝构成所述玩具树的主叶脉，所述镍钛丝与所述铜丝构成闭合回路，所述电源经由所述开关与所述闭合回路连接。

7.如权利要求6所述的玩具树，其特征在于：当所述开关闭合时，所述电源给所述镍钛丝与所述铜丝构成闭合回路供电，所述镍钛丝温度升高，当所述镍钛丝超过相变温度时发生相变转变，所述玩具树的叶子张开。

8.一种采用权利要求1所述形状变化装置制造的玩具发型，其特征在于，包括：多个发丝及一金属环，所述多个发丝与所述金属环连接，所述多个发丝采用所述铜丝与所述镍钛丝通过激光焊接而成，所述金属环经由所述开关与所述电源相连。

9.如权利要求8所述的玩具发型，其特征在于：当所述开关闭合时，所述电源给所述金属环供电，所述金属环发热并将热量传递给所述多个发丝，当所述多个发丝中的镍钛丝超过相变温度时发生相变转变，所述多个发丝形状发生改变。

10.如权利要求9所述的玩具发型，其特征在于：所述多个发丝形状的变化程度由通电时间和/或通电电流大小决定。