CN115570291A - 微距高频振动碰撞焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种微距高频振动碰撞焊接方法，先将第一焊接件、第二焊接件相对高频振动，使位于第一焊接件的第一焊接面与位于第二焊接件的第二焊接面在微小距离内高频碰撞，该微小距离为0.1‑3mm，待碰撞产生的热量使得第一焊接面和/或第二焊接面熔化后，停止高频振动，然后沿振动方向将两个待焊工件在一定压力下对接，持续按压后松开，完成焊接，本发明通过高频振动，使焊接表面高速高频碰撞摩擦生热实现焊接，其优点是没有线性振动摩擦焊对产品外形和结构的要求高，焊接面只要有焊接模具支撑，就可以实现焊接，且不会有粉尘产生，是一种焊接质量好，低能耗、高精度、适用范围广的新的焊接方式。

Description

微距高频振动碰撞焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种微距高频振动碰撞焊接方法。

背景技术

焊接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。

其中，摩擦焊是近年来常用的一种焊接技术，是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法。其在压力作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。

经申请人研究发现，焊件不沿摩擦面摩擦而是相对碰撞，也会发生升温，该发现可以用于焊接技术，特别适用于一些由于结构原因不适合振动摩擦焊的焊接需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种微距高频振动碰撞焊接方法，其利用高频碰撞产生热量进行焊接，提供了一种新的焊接方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微距高频振动碰撞焊接方法，先将第一焊接件、第二焊接件相对高频振动，使位于第一焊接件的第一焊接面与位于第二焊接件的第二焊接面在微小距离内高频碰撞，该微小距离为0.1-3mm，待碰撞产生的热量使得第一焊接面和/或第二焊接面熔化后，停止高频振动，然后沿振动方向将两个待焊工件在一定压力下对接，持续按压后松开，完成焊接。

优选的，高频振动时，所述第二焊接件通过振动发生器高频振动，所述第一焊接件在外力作用下向所述第二焊接件移动。

优选的，所述第一焊接件的熔点低于或等于所述第二焊接件的熔点。

优选的，所述第一焊接件、第二焊接件的材质为热塑性塑胶。

优选的，所述微小距离为0.1-0.5mm、0.5-1mm或1-3mm。

优选的，所述高频振动的振动频率为50-1000Hz。

优选的，所述高频振动的振动频率为80-120Hz、200-240Hz或240-1000Hz。

优选的，高频振动前，先将第一焊接面、第二焊接面预热。

优选的，高频振动时，所述第一焊接件、第二焊接件相对高频振动的频率和振幅不变。

优选的，高频振动时，所述第一焊接件、第二焊接件相对高频振动的频率逐渐变大，振幅逐渐减小。

本发明提供了一种新的焊接方法，其具有如下优点：

1、本申请的最大优点是对产品外形和结构的要求低，现有技术的线性振动摩擦焊的振动方向沿焊接面，当焊接面形状复杂时由于会发生摆动而无法产生相对运动，从而无法焊接，而本申请通过高频震动，使焊接表面高速高频碰撞生热实现焊接，只要求在振动方向上没有障碍，即焊接面外的其他部分不会碰撞，因此可以对具有复杂外形和结构的产品进行焊接。

2、现有技术的线性振动摩擦焊的施压方向和振动方向垂直，完全通过压力让焊接面摩擦生热实现焊接，在焊件固定不牢固的情况下，两个焊件容易同步摆动，从而无法摩擦生热。而本申请一个焊件不会阻碍另一个焊件的振动，因此只需通过焊接模具固定焊件就可以实现焊接，不会发生两个焊件同步振动。

3、线性振动摩擦焊在焊接初始阶段在焊接面处由于摩擦切屑，会产生粉尘，本申请在振动时焊接面不会相对摩擦，因此不产生粉尘，有利于提高焊接质量，减少后续工序。

4、克服了线性振动摩擦焊对焊件强度要求高的缺陷，线性振动摩擦焊的其他部分也需要承担、传递施压方向的压力，而本申请在极小范围内进行高频振动，只有焊接面及焊接面附近承受高频碰撞的冲击力，因此降低了对焊件强度的要求。

因此，本申请的微距高频振动碰撞焊接是一种焊接质量好、低能耗、高精度、适用范围广的新的焊接方式。

附图说明

图1是本发明焊接的焊接结构第1个实施方式的示意图。

图2是本发明焊接的焊接结构第2个实施方式的示意图。

图3是本发明焊接的焊接结构第3个实施方式的示意图。

图4是本发明焊接的焊接结构第4个实施方式的示意图。

图5是图1的焊接结构第二种振动方向的示意图。

图6是图2的焊接结构第二种振动方向的示意图。

图7是图1的焊接结构第三种振动方向的示意图。

图8是图4的焊接结构第二种振动方向的示意图。

图9是本发明进行焊接质量测试的试样的结构示意图。

图10是图9中第二焊接件的规格图。

图11是图9中第一焊接件的规格图。

附图标记说明：

1——第一焊接件 11——溢胶槽

2——第二焊接件 21——焊接筋

3——螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围限制于此。

本实施例的微距高频振动碰撞焊接方法，先将第一焊接件1、第二焊接件2相对高频振动，使位于第一焊接件1的第一焊接面与位于第二焊接件2的第二焊接面在微小距离内高频碰撞，该微小距离为0.1-3mm，待碰撞产生的热量使得第一焊接面和/或第二焊接面熔化后，停止高频振动，然后沿振动方向将两个待焊工件在一定压力下对接，持续按压后松开，完成焊接。该焊接过程是利用高频碰撞产生热量熔化焊接件的表面从而进行焊接，其原理是焊接件碰撞时部分机械能通过内摩擦转化为内能，从而产生热量，高频多次碰撞产生的热量积累从而使得焊接件的表面熔化。

本申请的焊接方法相比振动摩擦焊的摩擦生热，两种焊接方式产生热量的方式不同，振动的方向也不同，振动摩擦焊必须沿焊接面振动，即焊接件的施压方向与焊接面是垂直的，焊接过程中，两个焊接面在施压状态下一直接触，因此其对焊接面的形状限制较大。本申请的焊接方法的振动方向和焊接面垂直，或成一定夹角，振动方向为附图中的A向。其可以用于多种形状的焊接结构，如图1、2、3、4，图1的焊接面为平面；图2的焊接面为空间曲面；图3的焊接面为两个平面的组合；图4的焊接面为斜面。附图仅为举例说明本发明可以焊接的焊接结构，可以预见，只要在振动方向上没有阻碍，各种形状的焊接面，包括上述焊接面的组合，都是可以使用本发明进行焊接的。

本发明焊接时的振动方向，典型的如图1、8，振动方向与焊接面的夹角为90°，即第一焊接件1与第二焊接件2沿垂直方向相对振动。当焊接面为曲面时，如图2、3，也可以近似认为第一焊接件1与第二焊接件2沿垂直方向相对振动。对于图4、5、6，振动方向与焊接面的夹角不是90°。对于图7，第二焊接件2沿弧形轨迹进行振动，从而与第一焊接件1高频碰撞。

本发明的整个焊接时间约为1-20s。

高频振动时，所述第二焊接件通过振动发生器高频振动，所述第一焊接件在外力作用下向所述第二焊接件移动，该外力的施压方向为附图中的B向，即其与振动方向平行或成一定夹角。进一步的，为简化焊接设备的结构，高频振动时，所述第一焊接件1可以固定不动，所述第二焊接件2通过振动发生器高频振动。

进一步的，所述第一焊接件1与第二焊接件2的材质可以相同，也可以不同，当其材质不同时，第一焊接件1的熔点低于或等于所述第二焊接件的熔点，即将低熔点的焊接件固定不动，将高熔点的焊接件进行高频振动。

进一步的，所述第一焊接件1、第二焊接件2的材质为热塑性塑胶。

进一步的，所述微小距离为0.1-0.5mm、0.5-1mm或1-3mm，所述高频振动的振动频率为80-120Hz、200-240Hz或240-1000Hz，该距离越小、碰撞频率越高，则产生热量越快，热量损失越小，但考虑到材质的特性、焊接设备的精度等限制，可根据焊接要求进行调整。

进一步的，为提高焊接速度，稳定焊接质量，可以在高频振动前，先将第一焊接面、第二焊接面预热，如将其预热至50℃。

焊接时，第二焊接件2的振动频率和振幅(即上述微小距离)可以不变，也可以发生变化。优选的，随着高频碰撞的进行，焊接面逐渐熔化甚至发生一定的熔合，可以将振动频率逐渐变大，振幅逐渐减小，此时第一焊接件1与第二焊接件2的振动中心之间的距离变小。

本实施例使用不同的材料进行焊接，并进行检测，具体过程及结果如下。

试验材料为PP、PMMA、ABS，包括4次试验，分别是PP对PP、PMMA对PMMA、ABS对ABS、ABS(第二焊接件)对PMMA(第一焊接件)。

试验方法为：将焊接材料加工为图9、图10、图11的圆柱状，其中部有螺纹孔，该螺纹孔用于测试时与拉力机连接，第一焊接件1的焊接面设置有环形的溢胶槽11，第二焊接件2的焊接面设置有环形的焊接筋21，将其按照本发明的焊接方案焊接在一起，然后使用拉力机将第一焊接件1与第二焊接件拉开，得到焊接处断裂时的最大拉断力，测试结果如下表所示。

焊接件

振幅

频率

焊接面积

最大拉断力

强度

结论

1

PP对PP

1.1mm

245HZ

262mm2

68KG

2.54N/mm2

合格

2

PMMA对PMMA

1.1mm

245HZ

262mm2

135KG

5.05N/mm2

合格

3

ABS对ABS

1.1mm

245HZ

262mm2

92KG

3.4N/mm2

合格

4

ABS对PMMA

1.1mm

245HZ

262mm2

300KG

11.2N/mm2

合格

通过试验结果可以看出，焊接后，焊接强度基本符合工业应用焊接强度标准。特别是高熔点PMMA对低熔点ABS，PMMA放在高频碰撞焊接实验机上震动的一边，ABS固定不动，焊接完的强度远超常规焊接强度的要求，基本接近本体的焊接强度。本发明的焊接方法有着较大的开发空间和应用前景。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：先将第一焊接件、第二焊接件相对高频振动，使位于第一焊接件的第一焊接面与位于第二焊接件的第二焊接面在微小距离内高频碰撞，该微小距离为0.1-3mm，待碰撞产生的热量使得第一焊接面和/或第二焊接面熔化后，停止高频振动，然后沿振动方向将两个待焊工件在一定压力下对接，持续按压后松开，完成焊接。

2.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：高频振动时，所述第二焊接件通过振动发生器高频振动，所述第一焊接件在外力作用下向所述第二焊接件移动。

3.根据权利要求2所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：所述第一焊接件的熔点低于或等于所述第二焊接件的熔点。

4.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：所述第一焊接件、第二焊接件的材质为热塑性塑胶。

5.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：所述微小距离为0.1-0.5mm、0.5-1mm或1-3mm。

6.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：所述高频振动的振动频率为50-1000Hz。

7.根据权利要求6所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：所述高频振动的振动频率为80-120Hz、200-240Hz或240-1000Hz。

8.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：高频振动前，先将第一焊接面、第二焊接面预热。

9.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：高频振动时，所述第一焊接件、第二焊接件相对高频振动的频率和振幅不变。

10.根据权利要求1所述的微距高频振动碰撞焊接方法，其特征在于：高频振动时，所述第一焊接件、第二焊接件相对高频振动的频率逐渐变大，振幅逐渐减小。

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