CN114192965A - 一种高效超声波金属焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效超声波金属焊接装置，包括：弯曲焊接机构，包括第一焊接头、第一变幅杆组件和第一换能器；所述第一变幅杆组件连接在所述第一焊接头的侧面，所述第一变幅杆组件的轴线与所述第一焊接头的轴线垂直；所述第一焊接头的一端具有第一焊接面，所述第一焊接面与所述第一焊接头的轴线垂直；纵振焊接机构，包括第二焊接头、第二变幅杆组件和第二换能器；所述第二变幅杆组件与所述第二焊接头同轴连接；所述第二焊接头的侧面具有第二焊接面，所述第二焊接面与所述第二焊接头的轴线平行；所述第二焊接面与所述第一焊接面相向设置；驱动机构，为所述第一焊接头提供同轴向的驱动力。

Description

一种高效超声波金属焊接装置

技术领域

本发明涉及超声波焊接装置技术领域，尤其涉及一种高效超声波金属焊接装置。

背景技术

在焊接领域，超声波金属焊接是介于冷压焊和摩擦焊之间的一种工艺。焊接时，焊接压力通过焊头焊点垂直作用在焊接表面上，同时叠加着高频振动的剪切力，当剪切力超过材料弹性极限时，工件接触表面部分区域开始发生滑移，这个剪切力在焊接过程中以每秒钟几万次的频率不断地改变方向，破碎并清除工件表面的污物，接受焊接工作之间所暴露的纯净金属表面，加密到位挤压，发生气体排离，并呈现多点微晶粒相互渗透，随着高频振动的延续，此种状态的金属接触面积不断扩大，直到扩展为整个焊接区，金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属无氧化的冷凝固一体化的特性。

而随着新能源的发展，对电池的要求越来越高，需要采用超声波金属焊接极耳的焊接区域越来越大；例如由比亚迪发布的刀片电池，其极耳的加工需要将数十片堆叠的金属箔进行焊接，焊接区域达80×8mm。由于焊接区域大，若采用与焊接区域面积相同的焊头，焊头上也会出现焊接零点，参考图1，过长的焊接区域会断焊；现时采用常规的超声波金属焊接构造是对金属箔件进行二次焊接的，这会限制了每一次焊接范围的长度，并为避开焊接零的；两次焊接的焊接范围叠加完成加工；其中存在如下问题：

第一，由于在常规的超声波金属焊接结构中，焊接压力作用中心轴线会偏离焊头焊点位置，焊接工件时，焊头焊点位置产生焊接反作用，焊接反作用力会因这种偏离而产生焊接反作用力矩；在金属箔数量多导致焊接时间长，以及金属箔厚度较薄(如0.006-0.013mm)的条件下，焊头对金属箔长时间剪切容易对位于上层的金属箔造成损伤，使得废品率较高；

第二，由于需要进行二次焊接，使得加工时段较长，加工效率低。

第三，二次焊接使得焊接必然导致重复叠加，即重合部分位置的金属箔受到了两次焊接，致使冷热交替效应金属箔加速老化和返松出现界面现象，使导电效果变差且寿命不耐用等，总体使得降低了电池的质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种高效超声波金属焊接装置，从根本上解决上述存在的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高效超声波金属焊接装置，包括：

弯曲焊接机构，包括第一焊接头、第一变幅杆组件和第一换能器；所述第一换能器与所述第一变幅杆组件同轴连接，所述第一变幅杆组件连接在所述第一焊接头的侧面，所述第一变幅杆组件的轴线与所述第一焊接头的轴线垂直；所述第一焊接头的一端具有第一焊接面，所述第一焊接面与所述第一焊接头的轴线垂直；

纵振焊接机构，包括第二焊接头、第二变幅杆组件和第二换能器；所述第二换能器与所述第二变幅杆组件同轴连接，所述第二变幅杆组件与所述第二焊接头同轴连接；所述第二焊接头的侧面具有第二焊接面，所述第二焊接面与所述第二焊接头的轴线平行；所述第二焊接面与所述第一焊接面相向设置；

驱动机构，为所述第一焊接头提供同轴向的驱动力。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述第一变幅杆组件的轴线与所述第二变幅杆组件的轴线垂直。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述第二焊接头为全波焊头。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述驱动机构包括驱动气缸，所述第一焊接头的端部设置有圆柱状的连接头，所述驱动气缸的活塞杆通过固定机构与所述连接头可拆卸连接；所述驱动气缸的活塞杆与所述第一焊接头同轴设置。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，该焊接装置还包括底座，所述底座上设有支架；所述驱动气缸设置在所述支架上，所述支架上设有竖直设置的滑轨，所述固定机构连接有滑块，所述滑块与所述滑轨滑动配合。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述连接头的外周壁上设有环形卡槽；所述固定机构包括基块，所述基块上开设有扣槽，所述扣槽的两侧壁均设有用于卡入所述环形卡槽的第一卡条；所述基块上设置有用于封堵所述扣槽的一端的基板；所述基块上设有用于封堵所述扣槽另一端的夹块，所述夹块上设有用于卡入所述环形卡槽的第二卡条；所述基板与所述基块为固定一体连接或可拆卸连接；所述夹块与所述基块为可拆卸连接。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述底座上设有支撑座，所述纵振焊接机构设于所述支撑座上；所述纵振焊接机构位于所述弯曲焊接机构下方；所述底座上设有安装孔，所述支撑座上设有槽孔，所述槽孔内穿设有螺栓，所述螺栓与所述安装孔螺纹连接，从而实现所述支撑座固定在所述底座上。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述第一变幅杆组件包括两个第一子变幅杆，两个第一子变幅杆对称设置在所述第一焊接头的两侧；所述第一换能器与其中一个第一子变幅杆连接。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述第一变幅杆组件包括一个第一子变幅杆，该第一子变幅杆的一端连接在所述第一焊接头的侧面，另一端连接所述第一换能器。

作为所述高效超声波金属焊接装置的进一步可选方案，所述第二变幅杆组件包括两个第二子变幅杆，两个第二子变幅杆对称设置在所述第二焊接头的两端；所述第二换能器与其中一个第二子变幅杆连接。

本发明的有益效果有：

1、所述第一焊接头将金属箔压置在所述纵振焊接机构的第二焊接头上，由所述驱动机构对所述弯曲焊接机构提供与所述第一焊接头同轴向的驱动力，即所述驱动机构的驱动力直接传递至所述第一焊接头上，消除焊接反作用力矩，实现无力扭焊接，使得第一焊接头对金属箔的损伤降低，提高良品率；

2、所述第二焊接头与所述第一焊接头进行互补，第二焊接头的焊接范围覆盖了所述第一焊接头的焊接零点，从而实现一次焊接完成加工，有效提高加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为焊接范围过长时具有焊接零点的结构示意图；

图2为本发明一种高效超声波金属焊接装置的结构示意图；

图3为所述弯曲焊接机构和纵振焊接机构的结构示意图；

图4为所述固定机构和所述连接头的爆炸示意图之一；

图5为所述固定机构和所述连接头的爆炸示意图之二；

图6为所述支撑座和所述底座的爆炸示意图；

图7为其中一种第一变幅杆组件的结构示意图；

图8为另一种第一变幅杆组件的结构示意图。

图中：1、弯曲焊接机构；11、第一焊接头；111、第一焊接面；12、第一变幅杆组件；121、第一子变幅杆；13、第一换能器；2、纵振焊接机构；21、第二焊接头；211、第二焊接面；22、第二变幅杆组件；221、第二子变幅杆；23、第二换能器；3、驱动机构；31、驱动气缸；4、底座；41、安装孔；5、支架；51、滑轨；52、滑块；6、支撑座；61、槽孔；7、固定机构；71、基块；711、扣槽；712、第一卡条；72、基板；73、夹块；731、第二卡条；8、连接头；81、环形卡槽。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参考图3，示出了一种高效超声波金属焊接装置，包括：弯曲焊接机构1、纵振焊接机构2以及驱动机构3；所述弯曲焊接机构1包括第一焊接头11、第一变幅杆组件12和第一换能器13；所述第一换能器13与所述第一变幅杆组件12同轴连接，所述第一变幅杆组件12连接在所述第一焊接头11的侧面，所述第一变幅杆组件12的轴线与所述第一焊接头11的轴线垂直；所述第一焊接头11的一端具有第一焊接面111，所述第一焊接面111与所述第一焊接头11的轴线垂直；所述纵振焊接机构2包括第二焊接头21、第二变幅杆组件22和第二换能器23；所述第二换能器23与所述第二变幅杆组件22同轴连接，所述第二变幅杆组件22与所述第二焊接头21同轴连接；所述第二焊接头21的侧面具有第二焊接面211，所述第二焊接面211与所述第二焊接头21的轴线平行；所述第二焊接面211与所述第一焊接面111相向设置；所述驱动机构3为所述第一焊接头11提供同轴向的驱动力。

其中，所述第一焊接头11将金属箔压置在所述纵振焊接机构2的第二焊接头21上，由所述驱动机构3对所述弯曲焊接机构1提供与所述第一焊接头11同轴向的驱动力，即所述驱动机构3的驱动力直接传递至所述第一焊接头11上，消除焊接反作用力矩，实现无力扭焊接，使得第一焊接头11对金属箔的损伤降低，提高良品率；所述第二焊接头21与所述第一焊接头11进行互补，第二焊接头21的焊接范围覆盖了所述第一焊接头11的焊接零点，从而实现一次焊接完成加工，有效提高加工效率。

上述方案优选的，为提高焊接效果，参考图3，所述第一变幅杆组件12的轴线与所述第二变幅杆组件22的轴线垂直。如此，令所述第一变幅杆组件12和所述第二变幅杆组件22传输超声振动的方向垂直，提高互补效果。其中，所述第二焊接头21为全波焊头。而所述第一焊接头11工作在横振模态下，振动方向同所述第一焊接头11的轴线垂直，长度为半个波长或半个波长的整数倍，所述第一焊接头11接收超声振动和焊接作用力，并把超声振动和焊接作用力作用于工件。

上述方案具体的，所述驱动机构3包括驱动气缸31，由所述驱动气缸31驱动所述第一焊接头11升降；其中，所述第一焊接头11的端部设置有圆柱状的连接头8，所述驱动气缸31的活塞杆通过固定机构7与所述连接头8可拆卸连接；所述驱动气缸31的活塞杆与所述第一焊接头11同轴设置。如此，所述驱动气缸31的驱动力直接作用于所述第一焊接头11，使得焊接压力作用中心轴心线对应第一焊接头11的轴线，消除焊接反作用力矩，实现无力扭焊接。

另外，为提高所述连接头8与所述固定机构7的安装便捷性，参考图4，所述连接头8的外周壁上设有环形卡槽81；所述固定机构7包括基块71，所述基块71上开设有扣槽711，所述扣槽711的两侧壁均设有用于卡入所述环形卡槽81的第一卡条712；所述基块71上设置有用于封堵所述扣槽711的一端的基板72；所述基块71上设有用于封堵所述扣槽711另一端的夹块73，所述夹块73上设有用于卡入所述环形卡槽81的第二卡条731；所述基板72与所述基块71为固定一体连接或可拆卸连接；所述夹块73与所述基块71为可拆卸连接。换而言之，所述连接头8的上端被扣在所述扣槽711内，所述第一卡条712和所述第二卡条731卡入所述环形卡槽81而使得所述连接头8无法脱离所述扣槽711；并且，所述夹块73通过螺栓固定在所述基块71上，当拧紧螺栓，可使得所述夹块73上的第二卡条731挤压所述连接头8，从而避免所述连接头8转动；其中，参考图5，所述基块71可由两个子部件组合而成，两个第一卡条712分别位于两个子部件上，两个子部件通过螺栓固定连接，当拧紧螺栓，可使得一个第一卡条712向令一个第一卡条712靠近，从而使得第一卡条712挤压所述连接头8，从而进一步避免所述连接头8转动。在实际应用中，圆柱形的连接头8可以便于迁就安装方向，从而便于安装。在本实施例中，所述驱动气缸31的活塞杆连接所述基块71的上部，而所述扣槽711位于所述基块71的底部。

上述方案具体的，为提高所述第一焊接头11移动时的稳定性，避免焊接点偏移，参考图2，该焊接装置还包括底座4，所述底座4上设有支架5；所述驱动气缸31设置在所述支架5上，所述支架5上设有竖直设置的滑轨51，所述固定机构7连接有滑块52，所述滑块52与所述滑轨51滑动配合。如此，在所述滑轨51的导向作用下，所述第一焊接头11稳定移动。

上述方案具体的，为便于调整所述第二焊接面211的位置，参考图6，所述底座4上设有支撑座6，所述纵振焊接机构2设于所述支撑座6上；所述纵振焊接机构2位于所述弯曲焊接机构1下方；所述底座4上设有安装孔41，所述支撑座6上设有槽孔61，所述槽孔61内穿设有螺栓，所述螺栓与所述安装孔41螺纹连接，从而实现所述支撑座6固定在所述底座4上。如此，所述槽孔61具有一定长度，当将螺栓拧松时，可以令所述支撑座6在所述底座4上移动，从而调节所述第二焊接面211的位置；而当拧紧螺栓后，螺栓的螺帽会将所述支撑座6压紧在所述底座4上，从而令所述支撑座6无法移动。其中，所述安装孔41和所述槽孔61均为多个。另外可选的，所述第二变幅杆组件22包括两个第二子变幅杆221，两个第二子变幅杆221对称设置在所述第二焊接头21的两端；所述第二换能器23与其中一个第二子变幅杆221连接。

在一些具体的实施方式中，对于不同的应用场景，提高两种第一变幅杆组件12的结构，其中一种可参考图7，所述第一变幅杆组件12包括两个第一子变幅杆121，两个第一子变幅杆121对称设置在所述第一焊接头11的两侧；所述第一换能器13与其中一个第一子变幅杆121连接。两个第一子变幅杆121均衡设置在第一焊接头11的两侧，远离所述第一换能器13的第一子变幅杆121会产生回波，令所述第一焊接头11的平衡性更好，提高焊接效果。

另一种可参考图8，所述第一变幅杆组件12包括一个第一子变幅杆121，该第一子变幅杆121的一端连接在所述第一焊接头11的侧面，另一端连接所述第一换能器13。如此，可以减少所述弯曲焊接机构1的长度，避免与加工现场的其他设备形成干涉。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，包括：

弯曲焊接机构，包括第一焊接头、第一变幅杆组件和第一换能器；所述第一换能器与所述第一变幅杆组件同轴连接，所述第一变幅杆组件连接在所述第一焊接头的侧面，所述第一变幅杆组件的轴线与所述第一焊接头的轴线垂直；所述第一焊接头的一端具有第一焊接面，所述第一焊接面与所述第一焊接头的轴线垂直；

纵振焊接机构，包括第二焊接头、第二变幅杆组件和第二换能器；所述第二换能器与所述第二变幅杆组件同轴连接，所述第二变幅杆组件与所述第二焊接头同轴连接；所述第二焊接头的侧面具有第二焊接面，所述第二焊接面与所述第二焊接头的轴线平行；所述第二焊接面与所述第一焊接面相向设置；

驱动机构，为所述第一焊接头提供同轴向的驱动力。

2.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第一变幅杆组件的轴线与所述第二变幅杆组件的轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第二焊接头为全波焊头。

4.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动气缸，所述第一焊接头的端部设置有圆柱状的连接头，所述驱动气缸的活塞杆通过固定机构与所述连接头可拆卸连接；所述驱动气缸的活塞杆与所述第一焊接头同轴设置。

5.根据权利要求4所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，该焊接装置还包括底座，所述底座上设有支架；所述驱动气缸设置在所述支架上，所述支架上设有竖直设置的滑轨，所述固定机构连接有滑块，所述滑块与所述滑轨滑动配合。

6.根据权利要求4或5所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述连接头的外周壁上设有环形卡槽；所述固定机构包括基块，所述基块上开设有扣槽，所述扣槽的两侧壁均设有用于卡入所述环形卡槽的第一卡条；所述基块上设置有用于封堵所述扣槽的一端的基板；所述基块上设有用于封堵所述扣槽另一端的夹块，所述夹块上设有用于卡入所述环形卡槽的第二卡条；所述基板与所述基块为固定一体连接或可拆卸连接；所述夹块与所述基块为可拆卸连接。

7.根据权利要求5所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述底座上设有支撑座，所述纵振焊接机构设于所述支撑座上；所述纵振焊接机构位于所述弯曲焊接机构下方；所述底座上设有安装孔，所述支撑座上设有槽孔，所述槽孔内穿设有螺栓，所述螺栓与所述安装孔螺纹连接，从而实现所述支撑座固定在所述底座上。

8.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第一变幅杆组件包括两个第一子变幅杆，两个第一子变幅杆对称设置在所述第一焊接头的两侧；所述第一换能器与其中一个第一子变幅杆连接。

9.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第一变幅杆组件包括一个第一子变幅杆，该第一子变幅杆的一端连接在所述第一焊接头的侧面，另一端连接所述第一换能器。

10.根据权利要求1所述的一种高效超声波金属焊接装置，其特征在于，所述第二变幅杆组件包括两个第二子变幅杆，两个第二子变幅杆对称设置在所述第二焊接头的两端；所述第二换能器与其中一个第二子变幅杆连接。

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