CN111230384A - 一种电化学气体传感器超声波焊接工装及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，包括底座板，底座板长度方向的一端设有用于放置电化学气体传感器下壳体的放置机构，底座板远离放置机构的一端设有与放置机构配合将电化学气体传感器下壳体压紧在放置机构上的压紧机构。该工装结构简单，便于操作，能提升焊接质量和一致性，避免虚焊或者溢料的情况出现。本发明还提出一种电化学气体传感器超声波焊接方法。

Description

一种电化学气体传感器超声波焊接工装及焊接方法

技术领域

本发明涉及一种电化学气体传感器超声波焊接工装，属于电化学气体传感器技术领域。

背景技术

电化学气体传感器是利用电化学催化原理来检测分析目标气体的一种传感器件，具有选择性好、灵敏度高、响应时间快等优点。因电化学气体传感器对氨气、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯气、光气、氟化氢等有毒气体具有非常灵敏的响应，故电化学气体传感器经常作为对环境存在有毒气体泄漏的预警，以避免有毒物质对人们身体健康造成威胁。

典型的电化学气体传感器包括工作电极、对电极、参比电极、隔膜等内部元件，然后使用上盖和下壳体，将所述内部元件放置上盖和下壳体之间进行封装，形成气体传感器外壳。气体传感器外壳的主要作用为：为电解质溶液提供容器；为目标气体发生电化学反应提供场所；为电化学气体传感器内部各元件提供保护。

上盖和下壳体封装可通过螺纹、灌胶、超声波焊接等方式。

螺纹密封方式需要将传感器壳体壁加厚以设置螺纹，而传感器外尺寸为固定的标准尺寸，如4系传感器外径为20mm左右，加厚壳体壁会减小内径，导致存储电解液量变小，进而影响传感器稳定性和使用寿命；并且使用螺丝密封装配繁琐；此外，螺纹容易滑丝，并且螺丝易被电解液腐蚀生锈，造成密封不严，电解液外漏。

灌胶密封方式需要在传感器上盖和下壳体之间设置灌胶槽，若胶流动性较强，则胶易从灌胶槽边缘流进传感器内部而影响传感器性能。此外，在引入密封胶的情况下，易使电化学气体传感器内部催化剂中毒，造成传感器信号衰减、噪声增大等问题。并且需要配胶、固化，工序繁琐耗时，涂胶一致性差，不美观。

因此，目前电化学气体传感器一般采用超声波焊接的方式进行封装。但是超声波焊接封装也存在焊接处结构复杂、需要花费大量时间调整传感器位置且对操作人员手法和熟练程度有要求、在焊接时传感器下壳体超声波焊接处易熔胀等问题。此外，使用超声波焊接电化学气体传感器还经常出现焊接处不平衡问题，该焊接不平衡问题具有较大的危害：1.出现虚焊质量问题，导致传感器在后期组装、使用过程中，出现电解液泄露现象，严重影响传感器性能，甚至损害人体健康；2.出现溢料问题，溢料不仅影响传感器外观，而且不利于传感器标签贴合以及后期包装。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其结构简单，便于操作，能提升焊接质量和一致性，避免虚焊或者溢料的情况出现。

为实现上述目的，本发明的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，包括底座板，底座板长度方向的一端设有用于放置电化学气体传感器的放置机构，底座板远离放置机构的一端设有与放置机构配合将电化学气体传感器压紧在放置机构上的压紧机构。

进一步地，放置机构包括固定在底座板上的固定座，固定座朝向压紧机构的一侧设有沿竖直方向延伸的凹槽，固定座的凹槽的水平面投影为半圆形，放置机构还包括固定在底座板上的放置台，放置台位于固定座接近压紧机构的一侧。

进一步地，压紧机构包括固定在底座板上的压紧座，压紧座接近固定座的一端设有活塞套管，活塞套管中穿设有活塞杆，活塞杆沿底座板的长度方向延伸并沿活塞套筒滑动，活塞杆接近固定座的一端设有压紧块，压紧块接近固定座的一侧设有沿竖直方向延伸的凹槽，压紧块的凹槽的水平面投影为半圆形并和固定座凹槽水平面投影的半径相同，压紧块能够随活塞杆向固定座滑动而贴合在固定座上，压紧块的凹槽与固定座的凹槽形成用于容纳电化学传感器的限位槽。

进一步地，放置台位于限位槽在底座板上的投影内，放置台顶面的圆心与限位槽投影的圆心在竖直方向上同心，限位槽的内径与电化学传感器的外径相同。

进一步地，压紧座远离固定座的一端转动连接有具自锁机构的铰链，铰链的活动端连接有操作杆，铰链中部位于活动端和铰接端之间转动连接有铰接块，铰接块远离铰链的一端转动连接在活塞杆远离压紧块的一端。

进一步地，压紧块的底部设有滑块，底座板上设有沿其长度方向延伸的滑轨，滑块滑移连接在滑轨中。

进一步地，活塞杆的行程大于电化学气体传感器的外径。

进一步地，放置台与底座板之间设有垫板。

进一步地，放置台的顶面具有一圈与电化学气体传感器底部引脚配合的凹陷。

本发明还提出一种电化学气体传感器超声波焊接方法，包括如下步骤：

S1：电化学气体传感器包括下壳体和上盖，取下壳体，将电化学气体传感器内部元件放置在下壳体内，将上盖放置在下壳体上，即为待焊接的电化学气体传感器；

S2：组装电化学气体传感器焊接工装；

S3：上提操作杆使压紧块远离固定座，在压紧块与固定座之间留置出操作空间，通过引脚与放置台顶面凹陷的配合将待焊接的电化学气体传感器摆放在放置台上；

S4：下压操作杆至铰链自锁，将压紧块贴合到固定座上形成限位槽，并在压紧块和固定座之间产生夹紧力，使用超声波焊接机对待焊接电化学气体传感器进行焊接；

S5：上提操作杆，使压紧块远离固定座，取出焊接完成的电化学气体传感器，焊接工序完成。

本发明的一种电化学气体传感器超声波焊接工装具有以下优点：

1.结构简单，操作便利；

2.轻轻一放，即可精准焊接定位，节约人工操作时间；

3.解决了电化学气体传感器壳体熔胀问题，超声波焊接效果一致性良好；

4.焊接强度大，不透气和漏液，且电化学气体传感器壳体结构简单，利于加工；

5.解决了传统超声波焊接工艺中溢料问题，外观美观；

6.克服了电化学气体传感器经常焊接不平衡现象，可有效避免虚焊和溢料；

7.可与不同尺寸电化学气体传感器使用，且方法同样适用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的一种电化学气体传感器超声波焊接工装整体的结构示意图；

图2是用于体现固定座和放置台配合关系的结构示意图；

图3是用于体现电化学气体传感器的结构示意图。

附图标记：1、底座板；2、放置机构；3、压紧座；4、固定座；5、放置台；6、操作杆；7、活塞杆；8、压紧块；9、滑块；10、滑轨；11、铰链；12、限位槽；13、上盖；14、下壳体；15、焊接筋；16、垫板。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图1所示，本发明首选实施方式的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，包括底座板1，底座板1的左右两端分别设有放置机构2和压紧机构。

如图3所示，本实施例的电化学气体传感器适用4系电化学气体传感器的标准，为外径20mm的圆柱体，包括下壳体14和上盖13，采用ABS、PE等热塑性材料，通过机加工或者注塑开模得到，本实施例中采用ABS材质。上盖13平台部分和下壳体14的壁厚相同，超声波焊接后，上盖13平台可平衡均匀焊接于下壳体14之上。上盖13底部设有一圈倒角作为溢料槽，上盖13平台和溢料槽之间设有一圈焊接筋15。在焊接过程中，焊接筋15受到超声振动摩擦生热继而熔融，熔融后形成焊接面，并与下壳体14内壁粘接，实现密封熔接。焊接筋15融化后的多余料会进入溢料槽内，而不会流料至电化学气体传感器外部，解决了传统电化学气体传感器超声波焊接溢料问题，提高了外观美观度。

如图1和图2所示，放置机构2包括固定在底座板1上的固定座4，固定方式可以采用焊接或螺栓。固定座4右侧面沿竖直方向延伸的凹槽，固定座4凹槽截面为半圆形。底座板1上位于固定座4右侧设有放置台5，放置台5通过固定螺栓固定至底座板1上。采用螺丝固定方式方便后期拆装、更换、安装放置台5，有利于不同尺寸电化学气体传感器焊接通用。放置台5与底座板1之间设有垫板16，固定座4右下角的拐角紧紧卡住垫板16，以使固定座4凹槽截面的圆心与放置台5顶面圆心在竖直面上同心。放置台5的顶面具有一圈与电化学气体传感器底部引脚配合的凹陷，电化学传感器只要简单的放置在放置台5的表面上就可以达到水平放置在放置台5上的效果。放置台5主要起定位作用，实现了对焊接部件稳定的固定，使焊接部件在进行焊接时不发生晃动，提高焊接质量。并且放置台5位置固定后，后期可直接把电化学气体传感器放置在放置台5上，不用花费任何时间来对照产品调整位置，大大节约时间。

如图1和图2所示，压紧机构包括固定在底座板1上的压紧座3，压紧座3的左端设有活塞套管，活塞套管中穿设有活塞杆7，活塞杆7沿底座板1的长度方向延伸，并且能够在活塞套管中左右滑动。活塞杆7左端通过螺栓连接有设有压紧块8，压紧块8的左侧设有沿竖直方向延伸的凹槽，压紧块8凹槽的截面为半圆形。并且压紧块8凹槽和固定座4凹槽截面的半径相同，压紧块8可以贴合在固定座4上，此时，压紧块8的凹槽与固定座4的凹槽可以形成限位槽12，限位槽12用于容纳电化学传感器，并且限位槽12的内径与电化学传感器的外径相同，限位槽12与放置台5的中心位置对齐。在进行超声波焊接前，电化学气体传感器放入放置台5后，固定座4和压紧块8将电化学气体传感器压紧在限位槽12内。当超声波焊接机焊接头对超声波部位进行焊接时，下壳体14全部被紧密夹紧，可以避免超声振动时能量传递至焊接区域外部，不会发生熔胀变形的现象。

如图1所示，压紧座3右端转动连接有具自锁机构的铰链11，铰链11的活动端连接有操作杆6，铰链11中部位于活动端和铰接端之间转动连接有铰接块，铰接块的左端转动连接在活塞杆7的右端。

如图1所示，压紧块8的底部设有滑块9，底座板1上设有沿其长度方向延伸的滑轨10，滑轨10通过螺栓的方式固定安装在底座板1上，滑块9滑移连接在滑轨10中。滑块9配合滑轨10主要为活塞杆7的左右滑动起到导向作用。

当下压操作杆6时，操作杆6通过铰链11带动活塞杆7产生向左的推动力，该推动力推动压紧块8沿滑轨10向左移动，并与固定座4一起形成夹紧力施加至电化学气体传感器外壳。当上提操作杆6时，操作杆6带动活塞杆7向右移动，进而带动压紧块8向右移动，在固定座4和压紧块8之间形成空隙，便于放置和取出电化学气体传感器。

活塞杆7的行程远大于电化学气体传感器的外径，本实施例适用的4系电化学气体传感器外径为20mm，活塞杆7的行程为100mm。这样可以方便操作人员在放置台5上放置和拿取产品，并且可以避免被超声波焊接头烫伤手。

本发明与现有技术相比，其显著的优势在于：

1.操作简单，省时省力，普通工人均可操作，且对操作人员手法、操作经验、熟练程度均没有要求。待工装组装完成后，只需上提操作杆6→放待焊接传感器→下拉操作杆6→超声波焊接→上提操作杆6，取出电化学气体传感器，即可完成超声波焊接过程。

2.只需将电化学气体传感器放摆放台上，即可精准焊接定位，不用花费大量时间来反复调整摆放传感器位置，与传统超声波焊接工艺相比，节约了大量时间，有利于批量化生产。

3.因下压操作杆6时，固定座4和压紧块8之间形成对电化学气体传感器壳体的夹紧力，从而避免超声波振动时能量被传递至焊接区域以外位置，提高了超声波焊接质量，克服了在超声波焊接过程中，下壳体14熔胀、撑开、甚至撑裂问题，保证了产品的一致性。

4.焊接筋15在超声波振动下融化来实现电化学气体传感器壳体密封，焊接强度大、密封严，防水等级可达IP66，可耐0.2MPa气压，可完全满足电化学气体传感器水密、气密要求。且此焊接结构设计简单，有利于加工。

5.在焊接过程中，焊接筋15融化后的多余料会进入溢料槽内，而不会流料至传感器外部，解决了传统电化学气体传感器超声波焊接溢料问题，提高了传感器外观美观度。

6.上盖13平台和下壳体14壁厚相同，超声波焊接后，上盖13平台可平衡均匀焊接于下壳体14之上。且放置台5的设置，进一步保证了焊接的平衡性。此外，固定座4和压紧块8之间形成对电化学气体传感器壳体的夹紧力也有利于电化学气体传感器焊接平衡。从而解决了电化学气体传感器焊接不平衡问题，避免虚焊、溢料，有效避免了电化学气体传感器漏气、漏液问题的发生。

7.固定座4、放置台5、压紧块8均通过螺栓安装固定，一方面有利于后期拆解、维修、更换、安装，另一方面只需更换固定座4、放置台5、压紧块8这三个部件，即可焊接其他尺寸的电化学气体传感器，即可以实现不同尺寸的电化学气体传感器超声波焊接通用，故可降低传感器制造生产成本。

本发明的一种电化学气体传感器超声波焊接方法，包括如下步骤：

S1：取电化学气体传感器下壳体14，将传感器内部元件放置在下壳体14内，将电化学气体传感器上盖13放置在电化学气体传感器下壳体14上，即为待焊接的电化学气体传感器；

S2：组装电化学气体传感器焊接工装，放置台5通过螺栓方式固定于底座板1之上，放置台5底部有一螺栓孔，安装螺栓并拧紧；将固定座4放在放置台5左侧，并使其右下角拐角紧紧卡住放置台5下面的垫板16，使固定座4凹槽的圆心与放置台5圆心对齐，使用螺丝将固定座4位置固定，并拧紧螺丝；使用销钉，将操作杆6、活塞杆7与铰链11安装相连。将操作杆6、活塞杆7中心与固定座4中心在同一水平面上，并将铰链11安装至压紧座3上；将滑轨10通过螺丝安装至底座板1，靠近垫板16位置，其中心轴与固定座4和活塞杆7中心轴在同一水平面上；使用螺丝，将压紧块8右侧壁中心位置与活塞杆7相连，其下部也使用螺丝与滑轨10上的滑块9固定；

S3：上提操作杆6使压紧块8远离固定座4，在压紧块8与固定座4之间留置出操作空间，通过引脚与放置台5顶面凹陷的配合将待焊接的电化学气体传感器摆放在放置台5上；

S4：下压操作杆6至铰链11自锁，将压紧块8贴合到固定座4上形成限位槽12，并在压紧块8和固定座4之间产生夹紧力，此夹紧力一方面为壳体提供作用力，避免超声振动时能量被传递至焊接区域外部，可有效防止在在超声波焊接时，传感器壳体发生熔胀变形的现象；另一方面，此夹紧力不会太大而引起传感器壳体发生形变，不会造成超声波虚焊甚至未焊接的质量问题。夹紧力可通过设置铰链11自锁机构来设置；使用超声波焊接机对待焊接电化学气体传感器进行焊接，此过程很短，通常为零点几秒；

S5：上提操作杆6，使压紧块8远离固定座4，取出焊接完成的电化学气体传感器，焊接工序完成。

首次操作时，需按照上述步骤进行，当首次操作后，步骤S2无需重复操作。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (10)

1.一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，包括底座板，所述底座板长度方向的一端设有用于放置电化学气体传感器的放置机构，所述底座板远离放置机构的一端设有与放置机构配合将电化学气体传感器压紧在放置机构上的压紧机构。

2.如权利要求1所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述放置机构包括固定在底座板上的固定座，所述固定座朝向压紧机构的一侧设有沿竖直方向延伸的凹槽，所述固定座的凹槽的水平面投影为半圆形，所述放置机构还包括固定在底座板上的放置台，所述放置台位于固定座接近压紧机构的一侧。

3.如权利要求2所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述压紧机构包括固定在底座板上的压紧座，所述压紧座接近固定座的一端设有活塞套管，所述活塞套管中穿设有活塞杆，所述活塞杆沿底座板的长度方向延伸并沿活塞套筒滑动，所述活塞杆接近固定座的一端设有压紧块，所述压紧块接近固定座的一侧设有沿竖直方向延伸的凹槽，所述压紧块的凹槽的水平面投影为半圆形并和固定座凹槽水平面投影的半径相同，所述压紧块能够随活塞杆向固定座滑动而贴合在固定座上，所述压紧块的凹槽与固定座的凹槽形成用于容纳电化学传感器的限位槽。

4.如权利要求3所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述放置台位于限位槽在底座板上的投影内，所述放置台顶面的圆心与限位槽投影的圆心在竖直方向上同心，所述限位槽的内径与电化学传感器的外径相同。

5.如权利要求3所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述压紧座远离固定座的一端转动连接有具自锁机构的铰链，所述铰链的活动端连接有操作杆，所述铰链中部位于活动端和铰接端之间转动连接有铰接块，所述铰接块远离铰链的一端转动连接在活塞杆远离压紧块的一端。

6.如权利要求3所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述压紧块的底部设有滑块，所述底座板上设有沿其长度方向延伸的滑轨，所述滑块滑移连接在滑轨中。

7.如权利要求3所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述活塞杆的行程大于电化学气体传感器的外径。

8.如权利要求2所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述放置台与底座板之间设有垫板。

9.如权利要求2所述的一种电化学气体传感器超声波焊接工装，其特征在于，所述放置台的顶面具有一圈与电化学气体传感器底部引脚配合的凹陷。

10.一种电化学气体传感器超声波焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：电化学气体传感器包括下壳体和上盖，取下壳体，将电化学气体传感器内部元件放置在下壳体内，将上盖放置在下壳体上，即为待焊接的电化学气体传感器；

S2：组装电化学气体传感器焊接工装；

S3：上提操作杆使压紧块远离固定座，在压紧块与固定座之间留置出操作空间，通过引脚与放置台顶面凹陷的配合将待焊接的电化学气体传感器摆放在放置台上；

S4：下压操作杆至铰链自锁，将压紧块贴合到固定座上形成限位槽，并在压紧块和固定座之间产生夹紧力，使用超声波焊接机对待焊接电化学气体传感器进行焊接；

S5：上提操作杆，使压紧块远离固定座，取出焊接完成的电化学气体传感器，焊接工序完成。

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