CN112428586B - 一种气密性优异的超声熔接结构及焊接装置、焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种气密性优异的超声熔接结构，包括剪切熔接部（30）和下刮料压接部(40)，所述剪切熔接部（30）通过剪切凸缘（12）和导能凸缘（22）沿压合方向相对振动剪切熔融固结而成，所述下刮料压接部(40)通过导能凸缘（22）被剪切使得剪切熔料进入榫槽，从而使得榫头底面（13）、榫槽底面和熔融料压合固结而成；榫头底面(13)和榫槽底面(23)为压接端面，所述压接端面的表面树脂在压合前或固化前获得大于等于表面树脂的玻璃转化温度（Tg）。所述气密性优异的超声熔接结构、焊接装置及焊接方法，突破了超声波近域焊接6mm极限地在超声波振动形成的剪切熔接部下方位置又形成一下刮料压接部，大大增强了焊接强度。

Description

一种气密性优异的超声熔接结构及焊接装置、焊接方法

技术领域

本发明涉及塑料件焊接的技术领域，具体涉及一种气密性优异的超声熔接结构及焊接装置、焊接方法。

背景技术

超声焊接装置通过超声焊头将两个塑件的重叠部分压在砧座上，同时施加超声振动和压力将两塑件连接。超声装置将振动头的高频机械振动被传递到与焊头直接接触的焊件的焊面。两个焊面之间的分子在振动幅度约为0.02mm的高频机械振动的作用下,发生剧烈摩擦, 由此产生的瞬问高温便在焊面形成熔化层,并在焊接机可控压力的作用下熔合凝固起来,从而实现牢固结合。上述整个过程所费时间仅为0.5秒左右。通过超声波振动的焊接方法的优点在于，焊接时间短并且可以获得均匀而牢固的结合力而不会引起树脂的劣化,焊接部分以外的区域不发热，无表面损坏，不产生外观异常现象。在超声焊接装置中，要求通过高温、压力和时间可靠地形成焊接部分来增加物体的焊接强度。

超声焊接树脂基复合材料构件存在如下问题：

超声焊接对上下固接式的塑料构件加工效果较好，但对于左右拼接式的塑料构件的连接不能发挥很好的作用，且对振幅依赖强，对难熔化塑料件加工效果差。

江苏亚旭电子江苏有限公司公开了一种超声熔接结构（TW201341093A，20131016），熔接面由竖直面改为倾斜平面，以供将一第一构件10沿一压合方向A压合并并熔接结合至一第二构件20，该该超音波熔接结构包含：熔接面11，形成于该第一构件及该第二构件的其中一者，该熔接面相对该压合方向为倾斜平面；及导能凸缘22，是与该熔接面相对应并形成于该第一构件及该第二构件的其中另一者，用以当该第一构件沿该压合方向压合于该第二构件时，该导能凸缘对应该熔接面产生一接触压力，并藉由超声波熔融接合该第一构件与该第二构件。即通过倾斜平面11对导能凸缘施压同时超声熔融而结合，较好地消除了竖直圆周面连接不良的缺陷，增加了固结强度。实质是导能凸缘在演变为大面积的面接触前，将超声振动能量变为摩擦热而熔融形成倾斜熔接面，但是上述熔接结构仍然存在改进空间。

如何增加熔接结构的焊接强度，同时，焊接工艺的实现简单、高效是超声焊接装置的关键技术难题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种热塑性树脂基复合材料的超声焊接装置及其焊接方法，解决增加熔接结构的焊接强度同时简单高效实现焊接工艺的问题。

本发明的目的是这样实现的，一种气密性优异的超声熔接结构，以将第一构件的榫头沿压合方向A压合并熔接结合至第二构件的榫槽，榫头包括榫头底面，榫槽包括榫槽底面，其特征在于，包括

剪切熔接部，所述剪切熔接部藉由剪切凸缘和导能凸缘沿压合方向相对振动剪切熔融固结而成，所述剪切凸缘沿压合方向A一体成型于榫头，所述导能凸缘沿压合方向一体成型于隼槽；剪切凸缘的强度大于导能凸缘至少30%；

下刮料压接部，所述导能凸缘被剪切使得剪切熔料进入榫槽，从而使得榫头底面、榫槽底面和熔融料压合固结而成；榫头底面和榫槽底面为压接端面，所述压接端面的表面树脂在压合前或固化前获得大于等于表面树脂的玻璃转化温度。

进一步地，所述压接端面的表面树脂获得大于等于玻璃转化温度实现为：通过利用媒介物质、连续摩擦应力使压接端面升高温度。

进一步地，第一构件包括紧邻榫头的内肩面，第二构件包括榫槽的内抵面，榫头压入榫槽直到内肩面抵接内抵面时，榫头底面和榫槽底面之间形成一封闭的压接熔料腔，使得其中的所述剪切熔料具有一定范围的压力。

进一步地，剪切凸缘的强度大于导能凸缘至少30%实现为：

剪切凸缘沿压接方向A间隔设有多个加强筋，所述加强筋面积总和大于等于整个圆周面积的30%；

或者第一构件的榫头在剪切凸缘内侧沿压接方向内置多根加强纤维，所述加强纤维沿压接方向的总横截面积小于榫头沿压接方向的横截面积的；

或者第一构件和第二构件采用同一基质树脂不同填料组份；

或者第一构件和第二构件采用不同基质树脂。

进一步地，榫头底面设有榫头导能筋，榫头导能筋在焊接振动下压时完全熔化至两侧的压接熔料腔中。

进一步地，所述榫槽底面设有导电丝网，所述剪切凸缘沿压合方向超声振动下移直到榫头对压接熔料腔内的剪切熔料产生压力，同时感应加热所述导电丝网，最后固结形成所述下刮料压接部。

一种所述气密性优异的超声熔接结构的焊接装置，包括转台，转台同半径、同间隔转角地设有至少3n个操作工位，所述操作工位设有定位夹持机构；转台包括同主轴设置的可联动旋转的上转台部、下转台部和固定不动的中固定台，中固定台正对操作工位设有端面热装置和超声焊接装置；端面热装置和超声焊接装置分别设于相邻的两个不同操作工位或者同轴线设于同一操作工位；转台还包括间歇驱动机构，所述间歇驱动机构用于每间歇时间将转台旋转一间隔转角；n为正整数。

进一步地，所述定位夹持机构与压合方向平行地施力夹持固定所述第一构件或第二构件，所述定位夹持机构平行于压合方向至少覆盖所述超声熔接结构地支撑所述第一构件或第二构件。

一种所述气密性优异的超声熔接结构的自动焊接方法，

采用所述焊接装置实现，设定间歇时间t，所述操作工位包括下线进料工位、端面加热工位和焊接工位，包括如下步骤

1）间歇出料、进料

t₁=t₃+t时刻，转台转动一间隔转角，焊接工位的焊接装配件旋转至下线进料工位，取走焊接装配件，再将第一构件和第二构件同时分别送入上转台部和下转台部的定位夹持机构，定位固定所述第一构件或第二构件；

2）端面加热

t₂=t₁+t时刻，转台转动一间隔转角，进料定位工位的定位夹持机构旋转至端面加热工位, 端面热装置同时对第一构件和第二构件的压接端面分别进行热操作；

3）超声焊接同时压接

t₃=t₁+2t时刻，转台的转动一间隔转角，端面加热工位的定位夹持机构旋转至焊接工位，所述超声焊接装置的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构，下移实现与第二构件的所述超声熔接结构，待超声熔接结构固化，得到焊接装配件。

一种所述气密性优异的超声熔接结构的自动焊接方法，

采用所述焊接装置实现，设定间歇时间t，所述操作工位包括进料定位工位、焊接工位和取料工位，

包括如下步骤：

1）间歇进料且夹持定位

t₁=t₃+t时刻，所述取料工位的夹持机构旋转至进料定位工位，将第一构件和第二构件同时分别送入上转台部和下转台部的定位夹持机构，定位固定所述第一构件或第二构件；

2）超声焊接同时压接

t₂=t₁+t时刻，转台的转动一间隔转角，进料定位工位的定位夹持机构旋转至焊接工位，所述超声焊接装置的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构，超声振动下移的同时，感应加热装置同时对第二构件的榫槽底的导电丝网加热一时间段，然后停止加热，超声头保压直到完全固化，完成焊接同时压接得到焊接装配件；

3）取料

t₃=t₁+2t时刻，转台的转动一间隔转角，焊接工位的定位夹持机构旋转至取料工位，将焊接装配件取走。

所述气密性优异的超声熔接结构、焊接装置及焊接方法，一次超声焊接操作同时实现超声焊接和热压焊接，突破了超声波近域焊接6mm极限地在超声波振动形成的剪切熔接部下方位置又形成一下刮料压接部，大大增强了焊接强度。

附图说明

图1为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例一的焊接接口的焊前主剖视图。

图2为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例一的焊后主剖视图。

图3为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例一焊接方法步骤1）的主剖视图。

图4为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例一焊接方法步骤2）的主剖视图。

图5为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例一焊接方法步骤3）的主剖视图。

图6为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例二的焊后主剖视图。

图7为本发明一种气密性优异的超声熔接结构的实施例二焊接方法步骤3）的主剖视图。

上述图中的附图标记：

10 第一构件，11 榫头，12剪切凸缘，13 榫头底面,14 内肩面，15 让料凹部,17网纹筋；

20第二构件，21 榫槽，22导能凸缘，23榫槽底面， 24内抵面,25导电丝网,26导液槽；

30 剪切熔接部,40下刮料压接部，41 压接熔料腔；

100转台,101进料定位工位,102端面加热工位，103焊接工位,110 上转台部,111下转台部,112 中固定台，120定位夹持机构；

200超声焊接装置，300 端面热装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

一种气密性优异的超声熔接结构，以将第一构件10的榫头沿压合方向A压合并熔接结合至第二构件20的榫槽21，包括剪切熔接部30，所述剪切熔接部30包括一体成型于榫头11的沿压合方向延伸的剪切凸缘12和一体成型于榫槽21内侧面的沿压合方向延伸的导能凸缘22，导能凸缘22具有厚度S的剪切过盈量，剪切凸缘12的强度大于导能凸缘22至少30%；下刮料压接部40，所述剪切凸缘12在沿压合方向的超声振动作用下不断挤压导能凸缘22，使得导能凸缘产生剪切熔料并落入榫槽21并通过榫头底面13和榫槽底面23压合固结，形成刮料压接部，榫头底面13和榫槽底面23的表面树脂在压合前获得大于等于玻璃转化温度Tg；所述下刮料压接部40与所述剪切熔接部30一体连接。

导能凸缘22设有导液槽26，导液槽26仅贯穿导能凸缘22的下部。导能凸缘除去导液槽部分的剪切过盈量的厚度S满足：S≥0.3mm。

第一构件10和第二构件20优选为结晶树脂材料或者以结晶树脂材料为基质的树脂基复合材料，结晶树脂材料比如尼龙、聚乙烯或聚苯等。所述剪切熔接部30的长度大于等于第二构件20的壁厚的2倍。剪切熔接部的最高点距离下刮料熔接部的最低点的长度大于等于超声波在树脂中的有效传递距离，该有效传递距离为6mm。

所述超声熔接结构形成于高气密性要求的流体输送系统的连接法兰中。

榫头底面13和榫槽底面23为压接端面，所述压接端面的表面树脂获得大于等于玻璃转化温度实现为：通过利用媒介物质、连续摩擦应力使压接端面升高温度。媒介物质为能量集中的红外辐射、热空气等。

通过摩擦头对表面树脂进行旋转摩擦而使得至少0.3mm厚度的所述表面树脂达到接近玻璃转化温度Tg。

或者通过热风嘴对表面树脂进行热风加热而使得至少0.3mm厚度的所述表面树脂达到接近玻璃转化温度Tg，所述接近玻璃转化温度Tg为Tg±10℃。

所述导能凸缘22沿压接方向间隔设有多个间隔槽，使得其在垂直于压接方向的截面上是间断的。

榫头底面13为凸圆弧形，榫槽底面23为凹圆弧形或平面。榫头高度小于等于榫槽深度，使得榫头完全进入榫槽后形成一压接熔料腔41。优选地，榫头底面的凸圆弧的曲率半径大于榫槽底面23的凹圆弧的曲率半径，也即榫头底面的凸圆弧的半径小于榫槽底面23的凹圆弧的半径。

第一构件10还包括紧邻榫头的内肩面14，第二构件20还包括紧邻榫槽的内抵面24，榫头11压入榫槽，当内肩面14抵接内抵面24时，榫头底面13和榫槽底面23之间形成一压接熔料腔41。当第一构件的剪切凸缘压入第二构件的导能凸缘时，界面熔料会被刮入所述压接熔料腔41，而随超声头振动的榫头底面13并不会对液态的界面熔料起作用，所以压接熔料腔41的压接是依靠榫头底面13对熔料腔41的压力而最后凝固成型的。榫头底面13底部靠近剪切凸缘12边缘设有让料凹部15，方便剪切熔料的下流。

剪切凸缘12的强度大于导能凸缘22至少30%实现为：

剪切凸缘12表面设有网纹筋17，所述网纹筋面积总和大于等于整个圆周面积的30%。网纹筋高度小于0.2mm。

或者第一构件10的榫头在剪切凸缘内侧沿压接方向内置多根加强纤维，所述加强纤维沿垂直于压接方向的总横截面积小于榫头沿压接方向的横截面积的10%。

所述第一构件10和第二构件20之间还设有密封圈60，所述超声熔接结构沿压接方向A的投影长度L，至少40%L投影长度的所述超声熔接结构沿压接方向位于所述密封圈60的上方，至少60%L投影长度的所述超声熔接结构所述下刮料压接部40位于沿压接方向位于所述密封圈60的下方。所述超声熔接结构沿压接方向A的投影长度L满足：L≥4D,D为密封圈未受压缩时沿压接方向A的投影长度。当密封圈为圆形横截面时，Ｄ为密封圈直径。

一种上述超声熔接结构的焊接装置，包括转台100、超声焊接装置200、端面热装置300，转台100同半径R、同间隔转角θ地设有下线进料工位101、端面加热工位102、焊接工位103，转台100还包括间歇驱动机构104，所述间歇驱动机构104用于间歇一定时间将转台100旋转一间隔转角θ；转台100包括同主轴设置的可联动旋转的上转台部110、下转台部111，还包括位于上转台部和下转台部之间，且正对端面加热工位同轴线地、固定不动的中固定台112，所述中固定台112正对端面加热工位的上下两侧分别设有端面热装置300，用于对第一构件和第二构件的压接端面进行热操作；中固定台112正对焊接工位103且同轴线地固设有超声焊接装置200，用于将第一构件和第二构件形成所述超声熔接结构。

所述各工位分别设有定位夹持机构120，所述定位夹持机构120为定轴线吸盘。所述定轴线吸盘沿压接方向至少覆盖所述超声熔接结构，所述定位夹持机构120可被超声焊接装置200的超声头所电磁吸附连接的同时松开与上转台部110的连接。

还包括自动进出料机构，所述自动进料机构同时将第一构件10送入上转台部110的定位夹持机构，将第二构件20送入下转台部120的定位夹持机构。

超声焊接装置200包括转换器、变幅杆和超声头。

所述第一构件10和第二构件20均为硬质非结晶型聚合物，如PC、PS、PMMA、ABS。或者均为半结晶型聚合物，如PA、PP、PE和POM。

一种所述超声熔接结构的利用所述焊接装置的自动焊接方法，包括如下步骤：

间歇驱动机构104每隔固定时间段t将转台100转动一间隔转角θ；

1）间歇出料、进料

t₁=t₃+t时刻，所述焊接工位的夹持机构旋转至进料定位工位101，所述自动进出料机构动作，先将已焊接的工件取走，再将上料通道的第一构件和第二构件同时分别送入上转台部110和下转台部120的定位夹持机构120，定位夹持机构120吸住所述第一构件或第二构件成为上工件的定位夹持机构120；

2）端面加热

t₂=t₁+t时刻，转台100的转动一间隔转角θ，上工件的定位夹持机构120旋转至端面加热工位102, 端面热装置300同时对第一构件和第二构件的压接端面分别进行热操作；通过利用媒介物质、连续摩擦应力使压接端面升高温度。

3）超声焊接同时压接

t₃=t₁+2t时刻，转台100的转动一间隔转角θ，上工件的定位夹持机构120旋转至焊接工位103，所述超声焊接装置200的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构120，下移实现与第二构件的所述超声熔接结构，待连接界面凝固后，得到焊接装配件。

上述方法中，步骤2）的端面加热产生的高温会使得剪切凸缘和导能凸缘变软，会影响剪切熔接部30的形成，适于大型零部件的焊接。

剪切凸缘的强度大于导能凸缘至少30%实现为：

剪切凸缘沿压接方向A间隔设有多个加强筋，所述加强筋面积总和大于等于整个圆周面积的30%；

或者第一构件的榫头在剪切凸缘内侧沿压接方向内置多根加强纤维，所述加强纤维沿压接方向的总横截面积小于榫头沿压接方向的横截面积的；

或者第一构件和第二构件采用同一基质树脂不同填料组份；

或者第一构件和第二构件采用不同基质树脂。

实施例2

改提前的端面加热为先在榫槽中设置金属筛网，剪切的同时感应加热该金属筛网。

一种气密性优异的超声熔接结构，所述榫槽21中设有导电丝网25，所述剪切凸缘12在沿压合方向超声振动下移直到榫头对压接熔料腔41内的剪切熔料产生压力，同时对金属筛网进行感应加热，停止加热，固结，形成所述下刮料压接部。导电丝网25优选为高电阻的碳纤维网或者碳纤维织物预浸料。

一种高气密性的超声熔接结构的焊接装置，转台100同半径R、同间隔转角θ地设有进料定位工位101、焊接工位103和取料工位，中固定台112正对焊接工位103同时设有端面加热装置300和超声焊接装置200，端面加热装置包括感应线圈，感应线圈设于榫槽正下方，超声焊接装置位于上旋转台正对焊接工位的轴线正上方。自动进出料机构的取料部设于取料工位，自动进出料机构的进料部设于进料定位工位。如此，转台不用变动就可以实现上述超声熔接结构的焊接。

一种所述超声熔接结构的利用所述焊接装置的自动焊接方法，包括如下步骤：

间歇驱动机构每隔间歇时间t将转台100转动一间隔转角θ；

1）间歇进料且夹持定位

t₁=t₃+t时刻，所述取料工位的夹持机构旋转至进料定位工位101，所述自动进出料机构的进料部动作，将上料通道的第一构件和第二构件同时分别送入上转台部110和下转台部120的定位夹持机构120，定位夹持机构120吸住所述第一构件或第二构件成为上工件的定位夹持机构120；

2）超声焊接同时压接

t₂=t₁+t时刻，转台100的转动一间隔转角θ，夹持工件的定位夹持机构120旋转至焊接工位103，所述超声焊接装置200的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构120，超声振动下移的同时，感应加热装置同时对第二构件的榫槽底的导电丝网加热一时间段，然后停止加热，超声头保压直到完全固化，完成焊接同时压接；

3）取料

t₃=t₁+2t时刻，转台100的转动一间隔转角θ，夹持工件的定位夹持机构120旋转至取料工位，自动进出料机构将焊后工件取走。

实验例及实验数据

如图所示，第一构件和第二构件及焊接装配件的结构示意图，第一构件和第二构件的材料为ABS，密封条为纤维织物与橡胶复合制成，由密封条分隔的腔体有密封要求，在使用过程中长期承受0.28MPa的水压力作用。

500件焊接装配件抽取100件用于老化液压试验，所述老化液压试验的检验条件：

①老化实验，耐湿: 70℃，95%湿度1000小时，温度循环: -30℃、70℃,循环15次；高温存储:70℃100小时；

② 在上述条件下老化后，检漏:将70℃热水灌满装配焊接件,并在70℃下放置至少1h，然后用相同温度的水对焊接装配件缓慢增压至2倍使用压力，即0.56MPa，保持10min，如焊接装配件无破裂、渗漏现象则可认定满足气密性要求和承压要求。

随后继续增压直至焊接装配件破裂，记录破裂时压力表数值，即爆破压力，最后算出平均值，如破裂未发生在所述超声熔接结构的区域，则需另行取样补测。

结果显示，所有被测试样在0.56MPa，保持10min无任何渗漏。所有试样的爆破压力分布如图所示，可见，采用上述超声熔接结构的焊接装配件，其爆破压力均在3.2MPa以上，并且有一半以上试样的爆破压力超过3.6MPa，完全满足使用要求。

所述气密性优异的超声熔接结构、焊接装置及焊接方法，采用如下技术手段解决“增加熔接结构的焊接强度同时简单高效实现焊接工艺”的技术问题，

（1）剪切熔接部协同下刮料压接部，超声焊接结合热压焊接，两种焊接方式同时实施

剪切凸缘超声振动的同时下移，剪切凸缘与导能凸缘发生振幅0.02mm的高速摩擦，界面树脂熔融，被剪切凸缘下刮至剪切熔料腔中，当剪切凸缘下移到导能凸缘的下边停止时，剪切熔料腔达到规定范围的压力，一定时间后，剪切凸缘和导能凸缘之间形成剪切熔接部，此为超声焊接；同时，剪切熔料和榫头底面及榫槽底面之间固化成型为下刮料压接部，此为热压焊接。

当剪切凸缘下移到导能凸缘的下边停止时，剪切凸缘和导能凸缘形成了超声热熔的连接界面，与此同时，剪切熔料腔中在剪切熔料和榫头底面及榫槽底面之间也形成了热压焊接的连接界面，两连接界面同时经过一定时间的固化，同时成型为剪切熔接部和下刮料压接部。

（2）突破了超声波近域焊接的6mm极限

超声焊接由于超声波传导在结晶树脂中的递减效应，超声振动头与被焊接构件的接触面与焊接界面的距离最好小于等于6mm，超声波能量才能集中地传递到焊接面上而不至于损失。所以，通常一次超声波焊接的焊缝长度一般不超过6mm。也就是说，剪切熔接部可超声波焊接，但是，下刮料压接部则无能为力。

而所述气密性优异的超声熔接结构，一次超声波焊接操作完成剪切熔接部的焊接，而对于剪切熔接部下方位置的下刮料压接部，由于剪切凸缘强度大于导能凸缘的强度至少30%及让料凹部15的设计，同时使得剪切熔料流到下刮料熔料腔中，当下移结束时，封闭的下刮料熔料腔中形成一定压力的剪切熔料，固化后形成下刮料压接部，是位于剪切熔接部下方位置也形成了垂直于压合方向的又一条焊缝，该焊缝是与超声波焊接同时成型的压接焊缝。压合方向，剪切熔接部长度+法兰壁厚约6mm，让料凹部15长度3-10mm，也就是在距离法兰顶面16mm处形成了压接焊缝，该焊缝也同样强度牢固，突破了超声波近域焊接的6mm极限。

（3）同一转台，3n个操作工位，可简单高效实现两实施例的焊接工艺

a. 3n个操作工位

实施例1是间歇出进料、端面加热和超声焊接同时压接，实质是3步，中间必须有端面加热的单独一步；实施例2是进料、超声焊接同时压接和出料，实质是2步，进出料和超声焊接同时压接；为同一转台能同时满足两种焊接工艺，设计了3n个操作工位，摩擦加热端面的焊接方式改为感应加热端面的方式，则只要将端面加热装置改装一下位置即可实现，不需要改变不同的转台。3n个工位，每次转动一间隔转角，可控制生产节奏，高效生产。

可旋转的上下转台部协同配合固定的中间固定台

可旋转的上下转台部的同一操作工位分别夹持第一构件和第二构件，端面热装置和超声焊接装置相邻工位安装则可实现实施例1的焊接工艺，端面热装置和超声焊接装置同一操作工位同轴线安装则可实现实施例2的焊接工艺，大大增加了同一转台的可利用性，也降低了其在焊接工艺中作为基础设备的成本。

所述气密性优异的超声熔接结构、焊接装置及焊接方法，一次超声焊接操作同时实现超声焊接和热压焊接，突破了超声波近域焊接6mm极限地在超声波振动形成的剪切熔接部下方位置又形成一下刮料压接部，大大增强了焊接强度。

Claims (10)

1.一种气密性优异的超声熔接结构，以将第一构件（10）的榫头（11）沿压合方向A压合并熔接结合至第二构件（20）的榫槽（21），榫头（11）包括榫头底面（13），榫槽包括榫槽底面（23），其特征在于，包括

剪切熔接部（30），所述剪切熔接部（30）通过剪切凸缘（12）和导能凸缘（22）沿压合方向相对振动剪切熔融固结而成，所述剪切凸缘（12）沿压合方向A延伸地一体成型于榫头（11），所述导能凸缘（22）沿压合方向一体成型于榫槽（21）；剪切凸缘（12）的强度大于导能凸缘（22）至少30%；

下刮料压接部(40)，导能凸缘（22）设有仅贯穿其下部的导液槽（26），使得所述导能凸缘（22）被剪切的同时剪切熔料沿导液槽（26）下流，直到使得榫头底面（13）、榫槽底面（23）和剪切熔料之间产生压力并固结而成为所述下刮料压接部（40）；

榫头底面(13)和榫槽底面(23)为压接端面，所述压接端面的表面树脂在压合前或固化前获得大于等于表面树脂的玻璃转化温度（Tg）。

2.如权利要求1所述气密性优异的超声熔接结构，其特征在于，所述压接端面的表面树脂获得大于等于玻璃转化温度实现为：通过利用媒介物质、连续摩擦应力使压接端面升高温度。

3.如权利要求1或2所述气密性优异的超声熔接结构，其特征在于，第一构件(10)包括紧邻榫头的内肩面(14)，第二构件(20)包括榫槽的内抵面(24)，榫头（11）压入榫槽直到内肩面（14）抵接内抵面（24）时，榫头底面（13）和榫槽底面（23）之间形成一封闭的压接熔料腔（41），使得其中的所述剪切熔料具有一定范围的压力。

4.如权利要求1所述气密性优异的超声熔接结构，其特征在于，剪切凸缘（12）的强度大于导能凸缘（22）至少30%实现为：

剪切凸缘（12）沿压接方向A间隔设有多个网纹筋（17），所述网纹筋面积总和大于等于整个圆周面积的30%；

或者第一构件（10）的榫头在剪切凸缘内侧沿压接方向内置多根加强纤维，所述加强纤维沿压接方向的总横截面积小于榫头沿压接方向的横截面积的（10%）；

或者第一构件（10）和第二构件（20）采用同一基质树脂不同填料组份；

或者第一构件（10）和第二构件（20）采用不同基质树脂。

5.如权利要求1所述气密性优异的超声熔接结构，其特征在于，

榫头底面（13）设有榫头导能筋（19），榫头导能筋（19）在焊接振动下压时完全熔化至两侧的压接熔料腔（41）中。

6.如权利要求3所述气密性优异的超声熔接结构，其特征在于，所述榫槽(21)底面设有导电丝网（25），所述剪切凸缘（12）沿压合方向超声振动下移直到榫头对压接熔料腔（41）内的剪切熔料产生压力，同时感应加热所述导电丝网，最后固结形成所述下刮料压接部（40）。

7.一种如权利要求1-5任一所述气密性优异的超声熔接结构的焊接装置，其特征在于，包括转台（100），转台(100) 同半径、同间隔转角（θ）地设有至少3n个操作工位，所述操作工位设有定位夹持机构(120)；转台（100）包括同主轴设置的可联动旋转的上转台部（110）、下转台部（111）和固定不动的中固定台（112），中固定台（112）正对操作工位设有端面热装置（300）和超声焊接装置（200）；端面热装置（300）和超声焊接装置（200）分别设于相邻的两个不同操作工位或者同轴线设于同一操作工位；转台（100）还包括间歇驱动机构，所述间歇驱动机构用于每间歇时间t将转台（100）旋转一间隔转角（θ）；n为正整数。

8.如权利要求7所述焊接装置，其特征在于，所述定位夹持机构（120）与压合方向平行地施力夹持固定所述第一构件或第二构件，所述定位夹持机构（120）平行于压合方向至少覆盖所述超声熔接结构地支撑所述第一构件或第二构件。

9.一种如权利要求7或8所述焊接装置的自动焊接方法，其特征在于，

设定间歇时间t，所述操作工位包括进料定位工位（101）、端面加热工位（102）和焊接工位（103），包括如下步骤

1）间歇出料、进料

t₁=t₃+t时刻，转台（100）转动一间隔转角（θ），焊接工位（103）的焊接装配件旋转至进料定位工位（101），取走焊接装配件，再将第一构件和第二构件同时分别送入上转台部（110）和下转台部（111）的定位夹持机构（120），定位固定所述第一构件或第二构件；

2）端面加热

t₂=t₁+t时刻，转台（100）转动一间隔转角（θ），进料定位工位（101）的定位夹持机构（120）旋转至端面加热工位（102）, 端面热装置（300）同时对第一构件和第二构件的压接端面分别进行热操作；

3）超声焊接同时压接

t₃=t₁+2t时刻，转台（100）的转动一间隔转角（θ），端面加热工位（102）的定位夹持机构（120）旋转至焊接工位（103），所述超声焊接装置（200）的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构（120），下移实现与第二构件的所述超声熔接结构，待超声熔接结构固化，得到焊接装配件。

10.如权利要求7或8所述焊接装置的自动焊接方法，其特征在于，

设定间歇时间t，所述操作工位包括进料定位工位(101)、焊接工位（103）和取料工位，

包括如下步骤：

1）间歇进料且夹持定位

t₁=t₃+t时刻，所述取料工位的夹持机构旋转至进料定位工位(101)，将第一构件和第二构件同时分别送入上转台部(110)和下转台部(111)的定位夹持机构(120)，定位固定所述第一构件或第二构件；

2）超声焊接同时压接

t₂=t₁+t时刻，转台（100）的转动一间隔转角（θ），进料定位工位(101)的定位夹持机构（120）旋转至焊接工位（103），所述超声焊接装置（200）的超声头附接至所述第一构件的定位夹持机构（120），超声振动下移的同时，感应加热装置同时对第二构件的榫槽底的导电丝网（25）加热一时间段，然后停止加热，超声头保压直到完全固化，完成焊接同时压接得到焊接装配件；

3）取料

t₃=t₁+2t时刻，转台（100）的转动一间隔转角（θ），焊接工位（103）的定位夹持机构（120）旋转至取料工位，将焊接装配件取走。

Images