CN107234330B - 一种超声波金属焊接装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波金属焊接装置，包括机架、焊接底座、自动焊接装置和全波三联组；自动焊接装置包括电机、丝杠、滑轨、夹持装置和压力传感器，电机控制器通过控制电机来调节夹持装置在滑轨上的行程；超声波振子和焊头之间夹持有第一阻尼片，焊头和变幅器之间夹持有第二阻尼片，第一固定钢圈组夹持固定第一阻尼片，第二固定钢圈组夹持固定第二阻尼片；夹持装置包括左部和右部，压力传感器安装在丝杠上，能够检测焊接装置焊接时的压力。本发明的一种超声波金属焊接装置，通过阻尼片和刚性保持装置能够保证焊接方向上的刚性的同时，有效传递超声波振动，实现了工件的焊接，减少了功率损耗。

Description

一种超声波金属焊接装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及金属焊接领域，尤其涉及一种超声波金属焊接装置。

背景技术

金属超声焊接装置是一种将电能转化为机械能的装置，通过使焊头高频振动，与工件发生摩擦，产生焊接所需的热量，完成工件的焊接。其基本原理是利用逆压电效应。通过超声发生器给紧密排列的压电陶瓷接通高频交流电源，其由于逆压电效应发生与交流电源相同频率的交替膨胀与收缩，将电能转化为机械能。

与超声波振子相连的焊头设定的固有频率与超声发生器产生的交流电源一致，固有频率振动方向与你超声波振子振动方向一致，焊头就能够发生共振，从而使焊头与待焊工件之间产生高频摩擦，生成足够完成焊接的热量。

目前大部分超声焊接装置振动方向与工作方向是同一方向，采用该方法容易造成脆弱的工件损坏。此外，由于需要将焊头固定在焊接装置上，此时可能由于夹持的原因造成振型改变和振动功率传递效率下降，如果降低夹持刚性可能会造成工作方向刚性下降，影响焊接质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是全波三联组的40kHz超声金属焊接设备在焊接方向的夹持刚性和超声波振动的传递效率。为了解决上述问题，本发明提供了一种超声波金属焊接装置，包括机架、焊接底座、自动焊接装置和全波三联组；自动焊接装置包括电机、丝杠、滑轨、夹持装置和压力传感器，电机和其下方的丝杠相连，滑轨安装在机架内部，电机控制器通过控制电机来调节夹持装置在滑轨上的行程；全波三联组包括依次相连的超声波振子、焊头和变幅器，超声波振子和焊头之间夹持有第一阻尼片，焊头和变幅器之间夹持有第二阻尼片，第一固定钢圈组夹持固定第一阻尼片，第二固定钢圈组夹持固定第二阻尼片，第一固定钢圈组和第二固定钢圈组与全波三联组均不接触；夹持装置包括左部和右部，左部用于夹持第一固定钢圈组，右部用于夹持第二固定钢圈组；压力传感器安装在丝杠上，能够检测焊接装置焊接时的压力，且当压力达到一定值时开始发超声。

进一步地，超声波金属焊接装置包括通过螺栓固定安装在机架上的气压调节装置，气压调节装置包括调节阀、气压表和进气口；气体通过进气口进入焊接设备，调节阀用于调节输入气压的压力值，压力值显示在气压表上。

进一步地，电机通过螺栓安装在机架上端；电机用于带动丝杠转动，从而使夹持装置在滑轨上移动。

进一步地，焊接底座包括固定底座和可更换底模；固定底座安装在机架上，并位于焊头正下方；可更换底模通过卡扣与固定底座相连。

进一步地，超声波振子、焊头和变幅器通过螺纹相连，超声波振子的第一端与超声波发生器相连，超声波振子的第二端与焊头的第一端相连，焊头的第二端和变幅器相连。

进一步地，第一固定钢圈组包括通过螺栓固定在第一阻尼片上的超声波振子固定钢圈和第一焊头固定钢圈，第二固定钢圈组包括通过螺栓固定在第二阻尼片上的变幅器固定钢圈和第二焊头固定钢圈。

进一步地，焊头为一个全波长的谐振金属装置，其由经真空热处理的含钒元素钢材制成，其谐振频率为20KHz。

进一步地，，所述第一阻尼片和第二阻尼片是由含铍元素的合金钢制成，调频为40KHz的工作频率。

本发明还公开了一种超声波金属焊接装置的工作方法，包括如下步骤：

1、根据工件尺寸，选择适合焊接件的底模，使用卡扣将可更换底模固定在固定底座上；

2、将工件放置在底模上，根据工件的厚度调节电机行程；

3、按下焊接键，电机通过夹持装置带动全波三联组向下移动，当压力传感器检测到压力达到设定值后，超声波发生器发出超声信号使超声波振子振动，从而带动焊头和变幅器振动，焊头与工件摩擦，实现金属焊接，当焊头接触工件时，电机停止转动；

4、焊接完成时，电机转动，带动全波三联组向上移动离开工件，更换工件后进行下一个焊接动作。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的一种超声波金属焊接装置，通过阻尼片和刚性保持装置能够保证焊接方向上的刚性的同时，有效传递超声波振动，实现了工件的焊接，减少了功率损耗；

2、本发明的一种超声波金属焊接装置，通过设置自动焊接装置，适应不同焊接底座和工件。

3、本发明的一种超声波金属焊接装置，压力传感器能够检测焊接装置焊接时的压力，在达到一定压力后开始发超声，并同时增加压力，可以实现压力分段。

附图说明

图1是本发明的一种超声波金属焊接装置的总体结构示意图；

图2是本发明的一种超声波金属焊接装置的内部结构示意图；

图3是本发明的全波三联组结构示意图；

图中，机架10，气压调节装置20，调节阀21，气压表22，进气口23，自动焊接装置30，电机31，丝杠32，夹持装置33，滑轨34，压力传感器35，焊接底座40，固定底座41，可更换底模42，卡扣43，全波三联组50，超声波振子51，焊头52，变幅器53，第一阻尼片54，第二阻尼片55，超声波振子固定钢圈511，第一焊头固定钢圈521，变幅器固定钢圈531，第二焊头固定钢圈522。

具体实施方式

下面结合附图并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，实施方式只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制发明的范围。

如图1-3所示，本发明公开了一种超声波金属焊接装置，包括机架、焊接底座、自动焊接装置和全波三联组；自动焊接装置包括电机、丝杠、滑轨、夹持装置和压力传感器，电机和其下方的丝杠相连，滑轨安装在机架内部，电机控制器通过控制电机来调节夹持装置在滑轨上的行程；全波三联组包括依次相连的超声波振子、焊头和变幅器，超声波振子和焊头之间夹持有第一阻尼片，焊头和变幅器之间夹持有第二阻尼片，第一固定钢圈组夹持固定第一阻尼片，第二固定钢圈组夹持固定第二阻尼片，第一固定钢圈组和第二固定钢圈组与全波三联组均不接触；夹持装置包括左部和右部，左部用于夹持第一固定钢圈组，右部用于夹持第二固定钢圈组，通过分别夹持第一阻尼片、第二阻尼片，和固定钢圈固定全波三联组，使其能够随着夹持装置上下移动，完成焊接动作。压力传感器安装在丝杠上，能够检测焊接装置焊接时的压力，且当压力达到一定值时开始发超声，并在同时增加压力，可以实现压力分段。由于阻尼片的特性使全波三联组在竖直方向上保持刚性，在水平方向能够自由振动，有效传递超声振动。本发明公开的一种超声波金属焊接装置能够产生水平方向的频率为40KHz的超声振动，其带有阻尼片的全波三联组能够保证焊接方向刚性并有效传递超声波振动，以实现金属焊接。

在一个实施例中，超声波金属焊接装置包括通过螺栓固定安装在机架上的气压调节装置，气压调节装置包括调节阀、气压表和进气口；气体通过进气口进入焊接设备，调节阀用于调节输入气压的压力值，压力值显示在气压表上。

在一个实施例中，电机通过螺栓安装在机架上端；电机用于带动丝杠转动，从而使夹持装置在滑轨上移动。

在一个实施例中，焊接底座包括固定底座和可更换底模；固定底座安装在机架上，并位于焊头正下方；可更换底模通过卡扣与固定底座相连。

在一个实施例中，超声波振子、焊头和变幅器通过螺纹相连，超声波振子的第一端与超声波发生器相连，超声波振子的第二端与焊头的第一端相连，焊头的第二端和变幅器相连。

在一个实施例中，第一固定钢圈组包括通过螺栓固定在第一阻尼片上的超声波振子固定钢圈和第一焊头固定钢圈，第二固定钢圈组包括通过螺栓固定在第二阻尼片上的变幅器固定钢圈和第二焊头固定钢圈。

在一个实施例中，焊头为一个全波长的谐振金属装置，其由经真空热处理的含钒元素钢材制成，其谐振频率为20KHz。

在一个实施例中，，所述第一阻尼片和第二阻尼片是由含铍元素的合金钢制成，调频为40KHz的工作频率，经过大量实践发现，改配置的阻尼片在径向方向刚度较高，轴向方向能够产生超声振动。

本发明还公开了一种超声波金属焊接装置的工作方法，包括如下步骤：

1、根据工件尺寸，选择适合焊接件的底模，使用卡扣将可更换底模固定在固定底座上；

2、将工件放置在底模上，根据工件的厚度调节电机行程；

3、按下焊接键，电机通过夹持装置带动全波三联组向下移动，当压力传感器检测到压力达到设定值后，超声波发生器发出超声信号使超声波振子振动，从而带动焊头和变幅器振动，焊头与工件摩擦，实现金属焊接，当焊头接触工件时，电机停止转动；

4、焊接完成时，电机转动，带动全波三联组向上移动离开工件，更换工件后进行下一个焊接动作。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种超声波金属焊接装置，其特征在于，包括机架、焊接底座、自动焊接装置和全波三联组；所述自动焊接装置包括电机、丝杠、滑轨、夹持装置和压力传感器，所述电机和其下方的所述丝杠相连，所述滑轨安装在所述机架内部，电机控制器通过控制所述电机来调节所述夹持装置在所述滑轨上的行程；所述全波三联组包括依次相连的超声波振子、焊头和变幅器，所述超声波振子、焊头和变幅器通过螺纹相连，所述超声波振子的第一端与超声波发生器相连，所述超声波振子的第二端与所述焊头的第一端相连，所述焊头的第二端和所述变幅器相连；所述超声波振子和所述焊头之间夹持有第一阻尼片，所述焊头和所述变幅器之间夹持有第二阻尼片，第一固定钢圈组夹持固定所述第一阻尼片，第二固定钢圈组夹持固定所述第二阻尼片，所述第一固定钢圈组和第二固定钢圈组与所述全波三联组均不接触；所述夹持装置包括左部和右部，所述左部用于夹持所述第一固定钢圈组，所述右部用于夹持所述第二固定钢圈组；所述第一固定钢圈组包括通过螺栓固定在所述第一阻尼片上的超声波振子固定钢圈和第一焊头固定钢圈，所述第二固定钢圈组包括通过螺栓固定在所述第二阻尼片上的变幅器固定钢圈和第二焊头固定钢圈；所述第一阻尼片和第二阻尼片用于消减所述全波三联组的径向振动；所述压力传感器安装在所述丝杠上，能够检测焊接装置焊接时的压力，且当所述压力达到一定值时开始发超声，同时增加压力，实现压力分段；所述焊接底座包括固定底座和可更换底模；所述固定底座安装在所述机架上，并位于所述焊头正下方；所述可更换底模通过卡扣与所述固定底座相连。

2.如权利要求1所述的超声波金属焊接装置，其特征在于，所述超声波金属焊接装置包括通过螺栓固定安装在所述机架上的气压调节装置，所述气压调节装置包括调节阀、气压表和进气口；气体通过所述进气口进入焊接设备，所述调节阀用于调节输入气压的压力值，所述压力值显示在所述气压表上。

3.如权利要求1所述的超声波金属焊接装置，其特征在于，所述电机通过螺栓安装在所述机架上端；所述电机用于带动所述丝杠转动，从而使所述夹持装置在所述滑轨上移动。

4.如权利要求1所述的超声波金属焊接装置，其特征在于，所述焊头为一个全波长的谐振金属装置，其由经真空热处理的含钒元素钢材制成，其谐振频率为20KHz。

5.如权利要求1所述的超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第一阻尼片和第二阻尼片是由含铍元素的合金钢制成，调频为40KHz的工作频率。

6.一种如权利要求1所述的超声波金属焊接装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、根据工件尺寸，选择适合焊接件的可更换底模，使用卡扣将可更换底模固定在固定底座上；

(2)、将工件放置在可更换底模上，根据工件的厚度调节电机行程；

(3)、按下焊接键，电机通过夹持装置带动全波三联组向下移动，当压力传感器检测到压力达到设定值后，超声波发生器发出超声信号使超声波振子振动，从而带动焊头和变幅器振动，同时增加压力，实现压力分段，焊头与工件摩擦，实现金属焊接，当焊头接触工件时，电机停止转动；

(4)、焊接完成时，电机转动，带动全波三联组向上移动离开工件，更换工件后进行下一个焊接动作。

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