CN105983779A - 用于超声波焊接的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于超声波焊接的方法，具体而言，一种用于超声波焊接金属的接合搭配件(1,2)的方法，这些接合搭配件尤其具有不同的金属，该方法利用超声焊极(3)，该超声焊极置于超声波振动中，以及利用抵靠体(4)，从而接合搭配件(1,2)在超声焊极(3)和抵靠体(4)之间利用焊接过程力(F)被相叠推压。根据本发明至少设置有下列的步骤：提供接合搭配件(1,2)，将润滑剂(5)引入到接合搭配件(1,2)之间，利用焊接过程力(F)来相叠推压接合搭配件(1,2)，以及借助于超声焊极(3)将超声波振动导入到接合搭配件中的一个(1)中。此外本发明涉及一种润滑剂的用于这种方法的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于超声波焊接金属的接合搭配件(Fügepartner)的方法，这些接合搭配件尤其具有不同的金属，该方法利用超声焊极(Sonotrode)，该超声焊极置于超声波振动中，以及利用抵靠体，从而接合搭配件在超声焊极和抵靠体之间利用焊接过程力被相叠推压。
背景技术
在混合连接的超声波焊接时例如将钢原料与铝原料焊接。这样的利用超声波焊接方法建立的焊接连接在汽车工业中使用，例如已知所谓的钢衬垫，其与铝板材通过超声波焊接来连接。在此通常钢原料选取成高强度的，并且在放上超声焊极的情况下当由于超声波激励而在超声焊极和接合搭配件(在该接合搭配件上放上超声焊极并且该接合搭配件由高强度的钢原料构造而成)之间获得相对运动时，能够导致提高的磨损。
示例性地图1示出了已知的结构，以便实施用于超声波焊接金属的接合搭配件1和2的方法。超声波焊接借助于置于超声波振动中的超声焊极3进行，并且超声焊极3利用焊接过程力推压接合搭配件1和2抵靠也被称作为砧座的抵靠体4。为了避免超声焊极3在第一接合搭配件1的背侧上滑动，能够将超声焊极实施成带有表面结构10，例如带有沟纹。由此能够使超声波振动从超声焊极3中改善地传递到第一接合搭配件1上，然而如果接合搭配件1具有高硬度的金属的原料，则即使在沟纹的情况下也不能完全避免在超声焊极3和第一接合搭配件1之间的滑动。最终超声焊极3过早地磨损，这必须避免。
文件DE102010004407A1示例性地示出了一种用于实施超声波焊接方法的结构，并且为了改善该方法使得超声焊极在其纵向方向上通过支撑件来引导。由此保证了，不会获得超声焊极的过量的磨损。支撑件能够由陶瓷、由因瓦合金或由硬化的钢制成。这些材料是非常耐磨损的并且在合适的润滑的情况下相对于超声焊极具有可忽略的摩擦系数。在此润滑受限于在超声焊极和支撑元件之间的区域。
文件US2011/0143161A1公开了一种用于改善超声波焊接方法的提议方案，并且为了建立焊接连接而提出，在待互焊的接合搭配件之间的边界面具有这样的区域，即这些区域不焊接。为此将薄的材料层施加在接合搭配件中的至少一个的表面上，这些材料层阻止了局部的焊接。由此应当产生库仑阻尼，以便减少振动的传递，从而加强了在接合搭配件之间的相对运动。然而由此没有直接地使超声焊极磨损最小。
发明内容
本发明的任务是改进用于超声波焊接的方法，在该方法中使超声焊极的磨损最小。尤其应当使在毗邻超声焊极的接合搭配件和超声焊极之间的滑动最小或甚至避免。
该任务以根据权利要求1的前序部分的方法为出发点结合特征部分的特征来解决。此外任务通过根据权利要求10的润滑剂的用途来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。
本发明为了解决该任务提出，方法至少包括下列的步骤：提供接合搭配件；将润滑剂引入到接合搭配件之间；利用焊接过程力来相叠推压接合搭配件以及借助于超声焊极将超声波振动导入到接合搭配件中的一个中。
本发明的核心是在接合搭配件之间的接触区域的润滑，在该接触区域中应当形成焊接连接。在接合搭配件之间的摩擦通过引入润滑剂来减小，从而在横向于焊接过程力的方向的超声焊极的振动运动的方向上的力也减小了，这些力必须从超声焊极中传递到超声焊极侧的接合搭配件上。在接合搭配件之间的摩擦从固体摩擦转变成液体摩擦，该液体摩擦实现了更小的摩擦数值。在此润滑剂以某一量引入到接合间隙中，从而利用施加焊接过程力且利用借助于超声焊极导入超声波振动使得润滑剂从接合区中被挤出，并且从而接着能够建立焊接连接。尤其润滑剂选取成带有某一黏度，其实现了将润滑剂从接合区中挤出。
润滑剂的引入能够以不同的方式进行。例如润滑剂能够在相叠放置之前并且在施加焊接过程力之前来施加到两个接合搭配件中的至少一个的接合表面上。润滑剂施加到至少一个接合表面上能够例如通过喷洒设备来实行。同样可设想的是，引入润滑剂通过借助于压印件(Stempel)压印(Aufstempeln)到接合表面上进行，这取决于，润滑剂具有多少稠度。可设想液体润滑剂、固体润滑剂、稠密的润滑剂或粉末状的润滑剂。
按照根据本发明的方法的一种有利的改进方案，润滑剂还能够通过给接合搭配件中的至少一个的接合表面上油(Beölen)来施加。同样可设想的是，润滑剂通过将接合搭配件中的至少一个沉入到润滑剂沉浸池中来施加到接合表面上。最后润滑剂还能够选取为干性润滑剂，从而进行通过干性润滑剂将润滑剂施加到接合表面上，其中干性润滑剂应当自粘地或自保持地施加在接合表面上。
此外本发明涉及一种润滑剂的用于实施用于超声波焊接金属的接合搭配件的方法的用途，这些接合搭配件尤其具有不同的金属，该方法利用超声焊极，该超声焊极置于超声波振动中，以及利用抵靠体，从而接合搭配件在超声焊极和抵靠体之间利用焊接过程力被相叠推压，其中首先提供接合搭配件，并且接着将润滑剂引入到接合搭配件之间，接着的是利用焊接过程力来相叠推压接合搭配件，以及最后进行借助于超声焊极将超声波振动导入到接合搭配件中的一个中。
附图说明
下面与按照附图对本发明的优选的实施例进行的描述一起来进一步示出另外的改善本发明的措施。其中：
图1示出了根据现有技术的用于实施超声波焊接方法的结构的示意性的视图，
图2示例性地示出了利用喷洒设备将根据本发明的润滑剂施加到两个接合搭配件中的至少一个上，
图3示出了用于在借助于压印件来施加润滑剂的情况下来实施超声波焊接方法的示意性的结构，以及
图4示出了示出摩擦系数µ关于时间的曲线图，其中时间描绘出焊接时间，在该焊接时间期间施加焊接过程力并且将超声波振动引入到超声焊极中。
参考符号列表
1 第一接合搭配件
2 第二接合搭配件
3 超声焊极
4 抵靠体
5 润滑剂
6 接合表面
7 接合表面
8 喷洒设备
9 压印件
10 表面结构
F 焊接过程力
µ 摩擦系数
t 焊接时间
I 进展 摩擦系数 干的
II 进展 摩擦系数 润滑的
III 进展 摩擦系数 润滑剂。
具体实施方式
图1示出了已知的用于实施用于超声波焊接的方法的结构，其带有第一接合搭配件1、带有第二接合搭配件2、带有超声焊极3以及带有抵靠体4。通过超声焊极3施加焊接过程力F，通过该焊接过程力相叠推压接合搭配件1和2抵靠抵靠体4。在此抵靠体4也被称作为砧座，并且能够布置成静止的。接合搭配件1和2示例性地呈现为板材并且能够具有不同的品质(Güte,有时称为品质因数)或分类的金属的原料，例如钢原料或铝原料。如果接通超声焊极3并且如果产生超声波振动，则至少超声焊极3的前部的部分振动，该超声焊极利用该前部的部分压上到第一接合搭配件1上。为了将通常平面的超声波振动(参见箭头)从超声焊极3的超声焊极头部传递到第一接合搭配件1上，已知表面结构10，从而使在超声焊极3的头部和第一接合搭配件1之间的摩擦系数最小。最后在在第一接合搭配件1和第二接合搭配件2之间的接触区域中出现焊接连接，从而当焊接程序结束时，焊接过程力F能够接着再被撤回。以这种本身已知的用于超声波焊接的布置方案为出发点，另外的图2和3示出了用于根据本发明将润滑剂施加到接合搭配件1,2中的至少一个上的可行性。
图2示出了根据图1的带有布置成彼此分离的接合搭配件1和2的布置方案，并且通过喷洒设备8将润滑剂5施加到第一接合搭配件1的接合表面6上。如由阴影视图所示出的那样，能够利用相同的喷洒设备8还备选地或附加地将润滑剂5施加到第二接合搭配件2的接合表面7上。如果将两个接合搭配件1和2置于相叠，则润滑剂5保留在位于接合表面6和7之间的接合区中，并且如果接着将焊接过程力F施加在超声焊极3和抵靠体4之间，并且如果导入超声波振动，则润滑剂5逐渐地从接合区中游移出来，并且能够以通常的方式在两个接合表面6和7之间建立超声波焊接连接。
图3示出了用于将润滑剂5施加到接合表面6或7中的至少一个上的备选的可行性，其中示例性地将润滑剂5压印到接合表面7上。压印件9对此起作用，该压印件能够自动地通过操纵系统或人工地来操作。接着撤回压印件9，并且施加到接合表面6,7中的至少一个上的润滑剂5(在视图中示出为还粘附在压印件9的表面处)在焊接过程力F施加在超声焊极3和抵靠体4之间之后还保留在接合表面6,7之间。
图4示出了呈现出摩擦系数µ关于焊接时间t的曲线图。利用进展I示出了由金属的原料制成的两个干地相叠摩擦的接合搭配件的摩擦系数的大小。在开始时必须克服静摩擦，由此摩擦系数I具有高的数值。这发生直到最小的摩擦的时间点为止，在该最小的摩擦中摩擦系数I的进展具有最小值。直到该时间点为止材料被软化(plastifizieren，有时称为熔化)并且摩擦系数I下降。从最小的摩擦系数的时间点起该摩擦系数由于出现的焊接连接而再轻微地上升。摩擦系数II的进展在根据本发明的对在接合搭配件1,2之间的接合表面6,7进行润滑时出现，并且在过程进展开始时润滑剂已经阻止了两个接合表面6,7的直接的接触，由此获得了明显更小的摩擦系数II。在此不必再克服静摩擦，因为接合搭配件在首次接触时已经相对彼此具有高的相对速度。直到极小的摩擦系数II的时间点为止，以与摩擦系数I相一致的方式，摩擦系数同样再次上升，因为润滑剂由于超声波运动而从接合区中输送出来。接合部分的接触面的软化同时开始。
进展III示出了直到摩擦系数II的中间最大值的时间点为止的润滑剂的摩擦系数，此后不再有润滑剂再存在于接合间隙中，通过摩擦系数的进展III'来示出。
润滑剂根据本发明或者施加在超声焊极侧的接合搭配件上或者施加在抵靠体侧的接合搭配件上。润滑剂例如通过压印件来施加、喷上，或接合搭配件中的一个沉浸到润滑剂中。此外能够利用上油的板材工作，在该情况中不再需要清洁表面并且重新施加润滑剂。能够使用固体润滑剂、稠密的润滑剂或液态的润滑剂。
本发明在其实施方案上不受限于上述给出的优选的实施例。相反地可设想许多变型方案，其即使在原则上不同类型的实施方案的情况下也使用示出的解决方案。全部的源于权利要求书、说明书或附图的特征和/或优点(包括结构上的细节、空间上的布置方案和方法步骤在内)能够不仅单独地而且在最不同的组合中对于本发明来说是重要的。
Claims (9)
1. 一种用于超声波焊接金属的接合搭配件(1,2)的方法，这些接合搭配件尤其具有不同的金属，该方法利用超声焊极(3)，该超声焊极置于超声波振动中，以及利用抵靠体(4)，从而所述接合搭配件(1,2)在所述超声焊极(3)和所述抵靠体(4)之间利用焊接过程力(F)被相叠推压，其特征在于至少下列的步骤：
- 提供所述接合搭配件(1,2)，
- 将润滑剂(5)引入到所述接合搭配件(1,2)之间，
- 利用所述焊接过程力(F)来相叠推压所述接合搭配件(1,2)，以及
- 借助于所述超声焊极(3)将所述超声波振动导入到所述接合搭配件中的一个(1)中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述润滑剂(5)引入到所述接合搭配件(1,2)之间通过在相叠推压所述接合搭配件(1,2)之前将所述润滑剂(5)施加到所述接合搭配件(1,2)中的至少一个的接合表面(6,7)上来实行。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，施加所述润滑剂(5)通过喷洒设备(8)来实行。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，引入所述润滑剂(5)通过在相叠推压所述接合搭配件(1,2)之前借助于压印件(9)压印到所述接合搭配件(1,2)中的至少一个的接合表面(6,7)上来实行。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述润滑剂(5)通过给所述接合搭配件(1,2)中的至少一个的接合表面(6,7)上油来施加。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述润滑剂(5)通过将所述接合搭配件(1,2)中的至少一个沉入到润滑剂沉浸池中来施加到所述接合表面(6,7)上。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述润滑剂(5)通过将干性润滑剂施加到所述接合搭配件(1,2)的至少一个接合表面(6,7)上来引入。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述润滑剂(5)以某一量且以某一黏度来引入，利用施加所述焊接过程力(F)且利用借助于所述超声焊极(3)导入所述超声波振动使得所述润滑剂(5)从接合区中挤出。
9. 一种润滑剂(5)的用于实施根据权利要求1所述的方法的用途。
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