CN110508920A - 一种脉冲电流发热的超声焊接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲电流发热的超声焊接装置，包括超声工具头，超声工具头包括由至少两个金属柱体组装而成的超声工具头主体，超声工具头主体的下部安装有至少一超声焊接刀体，超声焊接刀体电性连接于相应的两个金属柱体，金属柱体设置有用于接入脉冲电源的接电部。本发明通过超声波工具头中的金属柱体及刀体形成回路，结构简单，成本低，利用脉冲电流通过电阻值相对更大的刀体，使刀体发热，而超声波工具头的其它部分基本不发热，升温速度快，降温速度快，提高焊接效率，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及超声焊接工具头技术领域，尤其是涉及一种脉冲电流发热的超声焊接装置。
背景技术
频率大于20kHz的声波称为超声波。利用超声波在液体钎料中的振荡，在液态钎料中产生空化现象，空化泡崩溃后所形成的冲击波，能够破坏母材表面的氧化膜，从而实现钎料与母材的润湿结合，即超声波辅助钎焊。超声波辅助钎焊具有可以在非真空的条件下不采用钎剂就可实现钎焊，一直被广泛应用于各种结构件和电子元器件的连接中。
在焊接过程中，超声时间和焊接温度是影响接头组织包括结构强度和电学性能的主要因素。目前，超声焊接工具头是通过外置安装的加热装置来加热超声焊接工具头中上部的主体，通过主体将热量传导至其下端的刀体。对刀体的温度控制存在较大滞后性，升温速度慢，且现有技术中，在冷却过程中是通过风扇散热，降温速度慢；在一个焊接周期中，超声焊接工具头升温时间一般需要15-20秒左右，降温时间也需要15-20秒，因此，焊接效率低。
外发热结构热能损耗较大，所以能耗偏高。
另外，外置加热的结构，由于热源暴露在外，加热面积大，容易烫伤对操作人员，因此有必要给予改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种内加热超声焊接工具头，提高焊接效率，升温速度快，降温速度快，降低能耗，提高安全系数。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种脉冲电流发热的超声焊接装置，包括超声工具头，超声工具头包括由至少两个金属柱体组装而成的超声工具头主体，超声工具头主体的下部安装有至少一超声焊接刀体，超声焊接刀体电性连接于相应的两个金属柱体，金属柱体设置有用于接入脉冲电源的接电部。
进一步的，所述超声工具头包括至少一组超声导电组，每一组超声导电组包括两个两个所述金属柱体，同一组超声导电组的两个金属柱体、超声焊接刀体与所述脉冲电源串联成一脉冲电流回路；各金属柱体相对固定并组成一所述超声工具头主体，相邻的两个金属柱体之间安装有绝缘垫片。
进一步的，所述超声焊接装置包括超声发生器和超声变幅杆，超声发生器电连接超声变幅杆，所述超声工具头主体的顶部安装有一连接杆，连接杆连接超声变幅杆，超声工具头主体的顶部安装有一绝缘垫片。
进一步的，所述超声焊接装置设置有脉冲电源，组成所述超声工具头主体的相对应的两个所述金属柱体和所述超声焊接刀体串联成一脉冲电流回路，超声焊接刀体具有两个导电安装部，两个导电安装部分别固定串联在同一脉冲电流回路中的两个金属柱体。
进一步的，所述超声焊接刀体开设有至少一隔断槽和/或隔断口，超声焊接刀体经由隔断槽和/或隔断口分隔形成两个导电安装部和一焊接刀头，两个导电安装部的下部分别连结于焊接刀头的两端部，焊接刀头的电阻值大于导电安装部的电阻值，焊接刀头的电阻值大于所述金属柱体的电阻值。
进一步的，所述超声工具头包括至少一组超声导电组，每一组超声导电组包括两个两个所述金属柱体，同一所述超声焊接刀体的两个所述导电安装部的上部分别固定在同一组超声导电组的两个金属柱体的下部，且同一超声焊接刀体的两个导电安装部分别电性连通同一组超声导电组的两个金属柱体。
进一步的，所述超声焊接刀体为薄片形状的金属片，超声焊接刀体开设有纵向延伸的纵向隔断槽和横向延伸的横向隔断槽，横向隔断槽邻近超声焊接刀体的下侧，横向隔断槽的两端分别邻近超声焊接刀体的两侧，纵向隔断槽的下端连通横向隔断槽的中部，纵向隔断槽的上端穿透超声焊接刀体的上部，位于纵向隔断槽的左右两侧的超声焊接刀体分别形成一所述导电安装部，位于横向隔断槽的下方的超声焊接刀体形成一所述焊接刀头，焊接刀头为细长形状，焊接刀头的底部成型有压接刀口，用于压接待焊母材或焊接线。
进一步的，所述超声工具头仅有一组所述超声导电组，组成超声导电组的两个所述金属柱体为半圆柱体形状，两个金属柱体相对固定并形成一柱体形状的所述超声工具头主体，两个金属柱体的相接面固定有隔离两个金属柱体的绝缘垫片，两个金属柱体的顶部固定有覆盖所述超声工具头主体的顶面的绝缘垫片，两个金属柱体的侧面分别设置有一所述接电部。
进一步的，所述接电部包括开设在金属柱体的侧面的接线台以及开设在接线台的螺纹口，螺纹口螺接有螺丝，用于固定接入脉冲电源的电线，所述超声工具头主体的顶部开设有一安装口，安装口固定有一连接杆，连接杆的上部伸出到固定在所述金属柱体的顶部的绝缘垫片的上方；接电部设置在金属柱体的中部。
进一步的，同一组所述超声导电组的两个所述金属柱体的下部开设有一台阶部，所述超声焊接刀体的两个所述导电安装部分别通过螺丝固定于相对应台阶部；金属柱体的导电截面至少为导电安装部的导电截面的5-50倍，金属柱体的导电截面至少为焊接刀头的导电截面的10-200倍。
采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：
1、本发明通过超声波工具头中的金属柱体及刀体形成回路，结构简单，成本低，利用脉冲电流通过电阻值相对更大的刀体，使刀体发热，而超声波工具头的其它部分基本不发热，升温速度快，降温速度快，提高焊接效率，降低能耗。
2、超声波工具头体积小，在焊接过程中仅焊接刀头发热，在焊接过程中除刀体外的其它部位基本不发热，安全系数高，因此不易烫伤操作人员。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明的剖视图。
图4是在超声焊接过程中的焊接刀头的温度曲线图。
1、超声工具头主体11、金属柱体12、超声焊接刀体121、导电安装部122、焊接刀头123、横向隔断槽124、纵向隔断槽13、接电部131、接线台14、连接杆15、台阶部。
2、绝缘垫片。
3、电线。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
一种脉冲电流发热的超声焊接装置，图1至4所示，包括超声发生器和超声变幅杆、超声工具头，超声工具头包括至少一组超声导电组，每一组超声导电组包括两个两个金属柱体11，同一组超声导电组的两个金属柱体11、超声焊接刀体12与脉冲电源串联成一脉冲电流回路；各金属柱体11相对固定并组成一超声工具头主体1，相邻的两个金属柱体11之间安装有绝缘垫片2，，超声发生器电连接超声变幅杆，超声工具头主体1的顶部安装有一连接杆14，连接杆14连接超声变幅杆，超声工具头主体1的顶部安装有一绝缘垫片2。具体的，超声工具头包括由至少两个金属柱体11组装而成的超声工具头主体1，超声工具头主体1的下部安装有至少一超声焊接刀体12，超声焊接刀体12电性连接于相应的两个金属柱体11，金属柱体11设置有用于接入脉冲电源的接电部13。本发明通过超声波工具头中的金属柱体11及刀体形成回路，结构简单，成本低，利用脉冲电流通过电阻值相对更大的刀体，使刀体发热，而超声波工具头的其它部分基本不发热，升温速度快，降温速度快，提高焊接效率，降低能耗。
超声波工具头体积小，在焊接过程中仅焊接刀头122发热，在焊接过程中除刀体外的其它部位基本不发热，安全系数高，因此不易烫伤操作人员。
当然，超声工具头可以由两组超声导电组固定而成，超声工具头也可以由三组或更多组超声导电组固定而成。
当然，超声工具头主体1的下部安装有两个超声焊接刀体12，超声工具头主体1的下部安装有三个或更多的超声焊接刀体12，各超声焊接刀体12的两个导电安装部121分别安装相应的超声导电组的两个金属柱体11。
各金属柱体11可以通过各种绝缘的连接件连接固定，例如通过绝缘螺丝锁紧固定，例如通过绝缘的扣件或支架固定，例如通过绝缘的固定环固定，例如通过绝缘胶布包绕固定。
由金属柱体11固定而成的超声工具头主体1呈柱体形状，可以是圆柱体或多边形柱体。
具体的，超声焊接装置设置有脉冲电源，组成超声工具头主体1的相对应的两个金属柱体11和超声焊接刀体12串联成一脉冲电流回路，超声焊接刀体12具有两个导电安装部121，两个导电安装部121分别固定串联在同一脉冲电流回路中的两个金属柱体11，超声焊接刀体12开设有至少一隔断槽和/或隔断口，超声焊接刀体12经由隔断槽和/或隔断口分隔形成两个导电安装部121和一焊接刀头122，两个导电安装部121的下部分别连结于焊接刀头122的两端部，金属柱体11的导电截面至少为导电安装部121的导电截面的5-50倍，金属柱体11的导电截面至少为焊接刀头122的导电截面的10-200倍。焊接刀头122的电阻值大于导电安装部121的电阻值，焊接刀头122的电阻值大于金属柱体11的电阻值。因此，在同一脉冲电流回路中，焊接刀头122的发热量远远大于导电安装部121的发热量，金属柱体11的发热量非常小，金属柱体11基本不发热，金属柱体11作为超声波的传导体，金属柱体11同时作为脉冲电流的导体，同理，导电安装部121作为超声波的传导体，导电安装部121同时作为脉冲电流的导体，焊接刀头122用于压接待焊元件，焊接刀头122自身作为发热体，焊接刀头122将超声波和热量同时传导至待焊元件，以实现超声焊接。
当然，也可以在焊接刀头122的底部固定有隔断层或绝缘体。
在焊接过程中，在电性导通脉冲电源后，组成超声工具头主体1的相对应的两个金属柱体11超声焊接刀体12承载脉冲电流，其中，由于金属柱体11的体积和导电截面相对非常大，金属柱体11的电阻非常小，金属柱体11基本不发热，不会烫手，更不会意外烫伤操作人员。而相对金属柱体11，超声焊接刀体12中呈细长形状的焊接刀头122的导电截面非常小，焊接刀头122的电阻相对非常大，加上焊接刀头122的体积非常小，所需要的脉冲电源的功率或者说脉冲电流相对较小，因此在通入脉冲电流后焊接刀头122迅速发热，且焊接刀头122的发热量远远大于导电安装部121和金属柱体11，且不需要大功率的脉冲电源就能满足焊接刀头122所需的焊接温度，在焊接过程中的温度控制更加准确和稳定，温度波动更小。
具体的，每一组超声导电组包括两个两个金属柱体11，同一超声焊接刀体12的两个导电安装部121的上部分别固定在同一组超声导电组的两个金属柱体11的下部，且同一超声焊接刀体12的两个导电安装部121分别电性连通同一组超声导电组的两个金属柱体11。同一组超声导电组的两个金属柱体11的下部开设有一台阶部15，超声焊接刀体12的两个导电安装部121分别通过螺丝固定于相对应台阶部15，在固定超声焊接刀体12的同时实现电性连接。
较佳的实施方式中，超声工具头仅有一组超声导电组，组成超声导电组的两个金属柱体11为半圆柱体形状，两个金属柱体11通过绝缘螺丝相对固定并形成一柱体形状的超声工具头主体1，两个金属柱体11的相接面固定有隔离两个金属柱体11的绝缘垫片2，使两个金属柱体11相对间隔离并相对绝缘，两个金属柱体11的顶部固定有覆盖超声工具头主体1的顶面的绝缘垫片2，使两个金属柱体11的上部绝缘，还可以在各金属柱体11的外缘或由金属柱体11组成的整个超声工具头主体1的外缘包覆一绝缘层，以消除漏电危险。
两个金属柱体11的侧面分别设置有一接电部13，接电部13包括开设在金属柱体11的侧面的接线台131以及开设在接线台131的螺纹口，螺纹口螺接有螺丝，用于固定接入脉冲电源的电线3。接电部13设置在金属柱体11的中部，在通电后，仅使金属柱体11的下部接入脉冲电流回路，金属柱体11的上部不存在脉冲电流。
超声工具头主体1的顶部开设有一安装口，安装口固定有一连接杆14，连接杆14的上部伸出到固定在金属柱体11的顶部的绝缘垫片2的上方，通过连接杆14连接超声变幅杆，从而将超声工具头安装于超声焊接设备，并实现传导超声波并将超声波传导至焊接刀头122，以实现超声焊接。
超声焊接刀体12为薄片形状的金属片，超声焊接刀体12开设有纵向延伸的纵向隔断槽124和横向延伸的横向隔断槽123，横向隔断槽123邻近超声焊接刀体12的下侧，横向隔断槽123的两端分别邻近超声焊接刀体12的两侧，纵向隔断槽124的下端连通横向隔断槽123的中部，纵向隔断槽124的上端穿透超声焊接刀体12的上部，位于纵向隔断槽124的左右两侧的超声焊接刀体12分别形成一导电安装部121，位于横向隔断槽123的下方的超声焊接刀体12形成一焊接刀头122，焊接刀头122是从超声焊接刀体12隔断形成，焊接刀头122为细长形状，以使焊接刀头122具有更大的电阻值，同时减少焊接刀头122升温至设定的焊接温度所需要的功率，焊接刀头122的底部成型有压接刀口，用于压接待焊母材或焊接线。
现有技术中，将超声焊接刀体12的焊接刀头122从常温升温至设定的焊接温度需要30-60秒，例如将焊接刀头122从25℃升温至400℃，在完成焊接后使焊接刀头122从设定的焊接温度降温至常温也需要30-60秒，且需要安装冷却机构，焊接效率极低。
而本发明将焊接刀头122从25℃升温至400℃只需要2-3秒，图4所示，焊接刀头122从400℃降温至25℃也仅需要2-4秒，且不需要安装冷却机构。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种脉冲电流发热的超声焊接装置，包括超声工具头，其特征在于：超声工具头包括由至少两个金属柱体(11)组装而成的超声工具头主体(1)，超声工具头主体(1)的下部安装有至少一超声焊接刀体(12)，超声焊接刀体(12)电性连接于相应的两个金属柱体(11)，金属柱体(11)设置有用于接入脉冲电源的接电部(13)。
2.根据权利要求1所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：所述超声工具头包括至少一组超声导电组，每一组超声导电组包括两个两个所述金属柱体(11)，同一组超声导电组的两个金属柱体(11)、超声焊接刀体(12)与所述脉冲电源串联成一脉冲电流回路；各金属柱体(11)相对固定并组成一所述超声工具头主体(1)，相邻的两个金属柱体(11)之间安装有绝缘垫片(2)。
3.根据权利要求1所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：所述超声焊接装置包括超声发生器和超声变幅杆，超声发生器电连接超声变幅杆，所述超声工具头主体(1)的顶部安装有一连接杆(14)，连接杆(14)连接超声变幅杆，超声工具头主体(1)的顶部安装有一绝缘垫片(2)。
4.根据权利要求1所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：所述超声焊接装置设置有脉冲电源，组成所述超声工具头主体(1)的相对应的两个所述金属柱体(11)和所述超声焊接刀体(12)串联成一脉冲电流回路，超声焊接刀体(12)具有两个导电安装部(121)，两个导电安装部(121)分别固定串联在同一脉冲电流回路中的两个金属柱体(11)。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：所述超声焊接刀体(12)开设有至少一隔断槽和/或隔断口，超声焊接刀体(12)经由隔断槽和/或隔断口分隔形成两个导电安装部(121)和一焊接刀头(122)，两个导电安装部(121)的下部分别连结于焊接刀头(122)的两端部，焊接刀头(122)的电阻值大于导电安装部(121)的电阻值，焊接刀头(122)的电阻值大于所述金属柱体(11)的电阻值。
6.根据权利要求5所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：所述超声工具头包括至少一组超声导电组，每一组超声导电组包括两个两个所述金属柱体(11)，同一所述超声焊接刀体(12)的两个所述导电安装部(121)的上部分别固定在同一组超声导电组的两个金属柱体(11)的下部，且同一超声焊接刀体(12)的两个导电安装部(121)分别电性连通同一组超声导电组的两个金属柱体(11)。
7.根据权利要求6所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在：所述超声焊接刀体(12)为薄片形状的金属片，超声焊接刀体(12)开设有纵向延伸的纵向隔断槽(124)和横向延伸的横向隔断槽(123)，横向隔断槽(123)邻近超声焊接刀体(12)的下侧，横向隔断槽(123)的两端分别邻近超声焊接刀体(12)的两侧，纵向隔断槽(124)的下端连通横向隔断槽(123)的中部，纵向隔断槽(124)的上端穿透超声焊接刀体(12)的上部，位于纵向隔断槽(124)的左右两侧的超声焊接刀体(12)分别形成一所述导电安装部(121)，位于横向隔断槽(123)的下方的超声焊接刀体(12)形成一所述焊接刀头(122)，焊接刀头(122)为细长形状，焊接刀头(122)的底部成型有压接刀口，用于压接待焊母材或焊接线。
8.根据权利要求6所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在：所述超声工具头仅有一组所述超声导电组，组成超声导电组的两个所述金属柱体(11)为半圆柱体形状，两个金属柱体(11)相对固定并形成一柱体形状的所述超声工具头主体(1)，两个金属柱体(11)的相接面固定有隔离两个金属柱体(11)的绝缘垫片(2)，两个金属柱体(11)的顶部固定有覆盖所述超声工具头主体(1)的顶面的绝缘垫片(2)，两个金属柱体(11)的侧面分别设置有一所述接电部(13)。
9.根据权利要求8所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在：所述接电部(13)包括开设在金属柱体(11)的侧面的接线台(131)以及开设在接线台(131)的螺纹口，螺纹口螺接有螺丝，用于固定接入脉冲电源的电线(3)，所述超声工具头主体(1)的顶部开设有一安装口，安装口固定有一连接杆(14)，连接杆(14)的上部伸出到固定在所述金属柱体(11)的顶部的绝缘垫片(2)的上方；接电部(13)设置在金属柱体(11)的中部。
10.根据权利要求6所述的一种脉冲电流发热的超声焊接装置，其特征在于：同一组所述超声导电组的两个所述金属柱体(11)的下部开设有一台阶部(15)，所述超声焊接刀体(12)的两个所述导电安装部(121)分别通过螺丝固定于相对应台阶部(15)；金属柱体(11)的导电截面至少为导电安装部(121)的导电截面的5-50倍，金属柱体(11)的导电截面至少为焊接刀头(122)的导电截面的10-200倍。
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