CN210125798U - 焊接头及超声波焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种焊接头及超声波焊接装置，该焊接头包括：主体部，具有至少一个焊接面，焊接面至少包括第一区域和围绕第一区域的外周设置的第二区域；第一焊齿，为锥形结构体，其位于第一区域；第二焊齿，为锥形结构体，其位于第二区域，且至少第二焊齿的高度尺寸H2小于第一焊齿的高度尺寸H1。该焊接头可以提高工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率，节省了后期修整成本。

Description

焊接头及超声波焊接装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，特别是涉及一种焊接头及超声波焊接装置。

背景技术

近几年金属材料的超声波焊接技术发展较快，尤其是铜、铝金属材料的接头焊接。由于铜、铝材料在熔焊过程中易出现脆化相，焊接后形成的连接接头可靠性较低，而超声波焊接的固相连接比较可靠，成为铜铝等异种金属材料连接的优选技术。

但是，金属材料的这种超声波焊接的焊接头对材料厚度很敏感，不易控制，尤其在高频、高压下容易发生焊接材料的塑性变形，导致焊接头外周产生溢料，影响焊接材料的最终尺寸，只能通过后期修整，降低了焊接质量和焊接效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种焊接头及超声波焊接装置，该焊接头可以提高工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率。

第一方面，本实用新型提出了一种焊接头，其包括：主体部，具有至少一个焊接面，焊接面至少包括第一区域和围绕第一区域的外周设置的第二区域；第一焊齿，为锥形结构体，其位于第一区域；第二焊齿，为锥形结构体，其位于第二区域，且至少第二焊齿的高度尺寸H2小于第一焊齿的高度尺寸H1。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿的高度尺寸H1与第二焊齿的高度尺寸H2满足如下条件：H2＝(0.25～0.75)×H1。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿靠近第一区域的一端为第一根部，第二焊齿靠近第二区域的一端为第二根部，第一根部的截面面积D1大于第二根部的截面面积D2。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿远离第一区域的一端形成有平行于焊接面的第一切面，且第一切面的截面面积C1与第一根部的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1；和/或，第二焊齿靠近第二区域的一端为第二根部，远离第二区域的一端形成有平行于焊接面的第二切面，且第二切面的截面面积C2与第二根部的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。

根据本实用新型实施例的一个方面，多个第一焊齿在第一区域内沿相交的第一方向和第二方向呈行列分布，且相邻的两个第一焊齿的第一根部之间形成有第一间隙d1，第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1，其中，W1为第一根部在第一方向和第二方向上较小的截面宽度尺寸，第一方向平行于焊接头的焊接移动方向设置。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿的第一根部与相邻的第二焊齿的第二根部之间形成有第三间隙d3，第三间隙d3的宽度尺寸大于或者等于第一间隙d1的宽度尺寸。

根据本实用新型实施例的一个方面，多个第二焊齿围绕第一区域分布，且相邻的两个第二焊齿的第二根部之间形成有第二间隙d2，第二间隙d2满足如下条件：d2＝(0.05～0.2)×W2，其中，W2为第二焊齿的第二根部在第一方向和第二方向上较小的截面宽度尺寸。

根据本实用新型实施例的一个方面，焊接面还包括围绕第二区域的外周设置的第三区域。

根据本实用新型实施例的一个方面，第三区域的外侧边缘设置有圆角。

另一方面，本实用新型还提出了一种超声波焊接装置，其包括：超声波振荡器，产生超声波；如前所述的任一种焊接头，焊接头与超声波振荡器连接。

本实用新型实施例提供的焊接头及超声波焊接装置，通过在焊接头的第一焊齿外周设置高度较低的第二焊齿，且第一焊齿用于焊接工件，第二焊齿对工件焊接过程中发生塑性变形产生的溢料形状进行修整，以防止溢料的高度影响工件的最终尺寸，提高了工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率，节省了后期修整成本。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型实施例提供的一种超声波焊接装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种焊接头的立体结构示意图；

图3是图2所示的焊接头的区域B的放大结构示意图；

图4是图2所示的焊接头的俯视结构示意图；

图5是图4所示的焊接头的区域C的放大结构示意图；

图6是图4所示的焊接头沿D-D方向的剖视结构示意图；

图7是图6所示的焊接头的区域E的放大结构示意图。

其中：

1-第一焊齿；11-第一根部；12-第一切面；13-第一锥形斜面；α-第一倾斜角度；2-第二焊齿；21-第二根部；22-第二切面；23-第二锥形斜面；β-第二倾斜角度；3-主体部；3a-焊接面；31-第一区域；32-第二区域；33-第三区域；330-圆角；4-耦合部；

100-焊接头；200-超声波振荡器；M1-第一工件；M2-第二工件。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的焊接头的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图7对本实用新型实施例提供的焊接头及超声波焊接装置进行详细描述。

参阅图1，本实用新型实施例提供了一种超声波焊接装置，其包括焊接头100和超声波振荡器200，超声波振荡器200用于产生超声波，焊接头100与超声波振荡器200连接。

如图1所示，焊接头100与超声波振荡器200电连接后，超声波振荡器可以将例如60HZ交流电流转换成20kHZ或以上的高频率电流，将电能转换成作为机械能的超声波，并将超声波放大以传递到焊接头100，焊接头100汇聚一定的振幅及能量对第一工件M1和第二工件M2进行焊接。

第一工件M1和第二工件M2可以为金属材料的工件，超声波振荡器200产生的超声波传递至焊接头100，焊接头100在超声波振动的驱使下，带动第一工件M1与第二工件M2在一定压力下进行高频摩擦，致使第一工件M1与第二工件M2界面间产生高温达到或接近金属再结晶温度引起塑形变形，随着焊接过程的持续，金属间发生一定的塑形流动且形成金属键合。

该超声波焊接装置可以对铜、银、铝、镍等金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和面、线焊接，广泛应用于可控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片、极耳等的焊接，同时还可以焊接塑料工件。

下面结合附图详细描述本实用新型实施例提供的焊接头100的具体结构。

请一并参阅图2和图3，本实用新型实施例提供了一种焊接头100，其包括主体部3和设置于主体部3上的第一焊齿1和第二焊齿2。

主体部3具有至少一个焊接面3a，焊接面3a至少包括第一区域31和围绕第一区域31的外周设置的第二区域32。可选地，主体部3设置为柱状结构体，例如方形柱或者圆柱，至少一个焊接面3a设置于主体部3的一端的周向上。

第一焊齿1和第二焊齿2均为锥形结构体，例如但不限于圆锥体、等棱锥体。其中，第一焊齿1位于第一区域31，第二焊齿2位于第二区域32，且至少第二焊齿2的高度尺寸H2小于第一焊齿1的高度尺寸H1。

第一焊齿1高度相对较高，用于与工件进行摩擦接触，工件可以为同种或者异种金属材料，例如铜、银、铝、镍等。

位于第一焊齿1外周侧的第二焊齿2的高度相对较低，工件在第一焊齿1的焊接过程中会发生塑性变形产生溢料，溢料被挤压至第二焊齿2所在的第二区域32与工件之间的空间，由第二焊齿2对溢料的形状进行修整，使其被均匀地压平附着于工件的表面，使得工件焊接后的最终尺寸满足使用要求，不会与其它部件发生干涉。

另外，焊接头100还包括耦合部4，耦合部4的一端为主体部3，耦合部4的另一端可以与例如超声波振荡器的调幅器可拆卸连接，可拆卸连接方式可以为螺纹连接，便于更换焊接头100。

本实用新型实施例提供的焊接头100，通过在第一焊齿1外周设置高度较低的第二焊齿2，其中第一焊齿1用于焊接工件，第二焊齿2对工件焊接过程中发生塑性变形产生的溢料的形状进行修整，以防止溢料的高度影响工件的最终尺寸，提高了工件的焊接质量，节省后期修整成本。

请一并参阅图3至图5，第一焊齿1和第二焊齿2例如可以均为棱锥体，也可以其中一个为棱锥体，另一个为圆锥体，或者均为圆锥体等。为了便于描述，本实用新型实施例以第一焊齿1和第二焊齿2均为四棱锥体为例进行说明。

为了使第二焊齿2对工件焊接过程中产生的溢料形状进行更好地修整，第一焊齿1的高度尺寸H1与第二焊齿2的高度尺寸H2满足如下条件：H2＝(0.25～0.75)×H1。在焊接过程中，第二焊齿2如果太高则会摩擦进入工件从而消耗更多焊接能量，太低则起不到整形作用。

进一步地，第一焊齿1靠近第一区域31的一端为第一根部11，第二焊齿2靠近第二区域32的一端为第二根部21，第一根部11的截面面积D1大于第二根部21的截面面积D2。由此，多个第二焊齿2对应一个第一焊齿1，一个第一焊齿1在焊接工件过程中产生的溢料可以快速及时地通过两个以上的第二焊齿2进行修整，提高了修整的效率和美观度。

另外，第一焊齿1远离第一区域31的一端形成有平行于焊接面3a的第一切面12，且第一切面12的截面面积C1与第一根部11的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1。第一切面12可以防止第一焊齿1穿透工件，提高焊接的稳定性。但是，若第一切面12的截面面积C1较大，第一焊齿1难以进入金属工件实现稳定的高频振动传递。一般来说，第一焊齿1进入金属工件焊区的深度可以为0.5mm-0.6mm。

第二焊齿2远离第二区域32的一端形成有平行于焊接面3a的第二切面22，且第二切面22的截面面积C2与第二根部21的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。第二切面22可以防止第二焊齿2穿透工件，提高焊接的稳定性。

当第一焊齿1的第一切面12进入工件的焊区表面较深时，第二焊齿2的第二切面22可能会深入到工件内，焊接时，焊齿深入工件的区域越深则需要的焊接能量越高，为了防止损失较多的焊接能量，一般来说，第二焊齿2进入金属工件的焊区表面的深度可以为0.3mm。

另外，第一焊齿1的第一根部11与第一切面12之间形成有第一锥形斜面13，第一锥形斜面13相对于焊接面3a的第一倾斜角度α＝45°±15°，以使工件在焊接过程中实现更好的塑性变形及摩擦生热。第一倾斜角度α过大，第一焊齿1需要较大能量进入工件，能耗大；第一倾斜角度α过小，第一焊齿1头部尖锐，可能会穿透工件。

类似地，第二焊齿2的第二根部21与第二切面22之间形成有第二锥形斜面23，第二锥形斜面23相对于焊接面3a的第二倾斜角度β＝45°±15°，以使工件在焊接过程中实现更好的塑性变形及摩擦生热。同理，第二倾斜角度β过大，第二焊齿2需要较大能量进入工件，能耗大；倾斜角度过小，第二焊齿2头部尖锐，可能会穿透工件。

如图5所示，多个第一焊齿1在第一区域31内沿相交的第一方向X和第二方向Y呈行列分布，且相邻的两个第一焊齿1的第一根部11之间形成有第一间隙d1，第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1。

其中，W1为第一根部11在第一方向X和第二方向Y上较小的截面宽度尺寸，第一方向X平行于焊接头的焊接移动方向V。可选地，第一方向X和第二方向Y相互垂直，便于加工焊接头。可选地，第一焊齿1的第一根部11在第一方向X和第二方向Y的截面宽度尺寸相等。第一间隙d1可以防止工件摩擦生热后的材料在焊接过程中粘结于第一焊齿1的第一锥形斜面13上，影响焊接操作。第一间隙d1过小，工件摩擦生热后的材料在焊接过程中仍有可能粘结于第一间隙d1内，影响焊接操作；第一间隙d1过大，第一区域31内的第一焊齿1数量少，工件实际焊接面积小，焊接强度低。

另外，第一焊齿1的第一根部11与相邻的第二焊齿2的第二根部21之间形成有第三间隙d3，第三间隙d3的宽度尺寸大于或者等于第一间隙d1的宽度尺寸。第三间隙d3过小，焊接过程工件发生塑形流动后不易排出会残留于第三间隙d3内。由此，工件在焊接过程中由第一区域31内产生的溢料可以沿第一间隙d1排出至第二区域32。

多个第二焊齿2围绕第一区域31分布。多个第二焊齿2围绕第一区域31至少一圈，且相邻的两个第二焊齿2的第二根部21之间形成有第二间隙d2，第二间隙d2满足如下条件：d2＝(0.05～0.2)×W2。

其中，W2为第二焊齿2的第二根部21在第一方向X和第二方向Y上较小的截面宽度尺寸。第二间隙d2可以防止溢料粘结于第二焊齿2的第二锥形斜面23上，影响焊接操作。

由于第二区域32内的多个第二焊齿2之间可以形成多个第二间隙d2，一个第一焊齿1产生的溢料可以从多个第二间隙d2中排出，防止溢料堵塞、不易清理。

如图5所示，焊接面3a还包括围绕第二区域32的外周设置的第三区域33，第三区域33为平面无焊接齿或有低于第二焊齿2的其它焊齿，第三区域33对第二焊齿2排出的溢料进一步整形，使得焊接表面更加平整。

请一并参阅图4、图6和图7，第三区域33的外侧边缘设置有圆角330，圆角330可以使溢料更加顺利地排出焊接面3a。

另外，主体部3可以具有两个以上的焊接面3a，每个焊接面3a上的第一焊齿1和第二焊齿2的尺寸可以不同，以实现同一个焊接头100可以焊接不同规格的金属工件，提高焊接头的通用性。并且，上述焊接头100不限于用于超声波焊接工艺中，还可以用于其它的焊接工艺中，例如熔焊等，不再赘述。

可以理解的是，对于不同材质的工件，例如塑料工件，第一焊齿1和第二焊齿2的结构、形状、排布、及其与工件的接触深度也有可能不同，根据具体的适用场合而定。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种焊接头(100)，其特征在于，包括：

主体部(3)，具有至少一个焊接面(3a)，所述焊接面(3a)至少包括第一区域(31)和围绕所述第一区域(31)的外周设置的第二区域(32)；

第一焊齿(1)，为锥形结构体，其位于所述第一区域(31)；

第二焊齿(2)，为锥形结构体，其位于所述第二区域(32)，且至少所述第二焊齿(2)的高度尺寸H2小于所述第一焊齿(1)的高度尺寸H1。

2.根据权利要求1所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)的高度尺寸H1与所述第二焊齿(2)的高度尺寸H2满足如下条件：

H2＝(0.25～0.75)×H1。

3.根据权利要求1所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)靠近所述第一区域(31)的一端为第一根部(11)，所述第二焊齿(2)靠近所述第二区域(32)的一端为第二根部(21)，所述第一根部(11)的截面面积D1大于所述第二根部(21)的截面面积D2。

4.根据权利要求3所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)远离所述第一区域(31)的一端形成有平行于所述焊接面(3a)的第一切面(12)，且所述第一切面(12)的截面面积C1与所述第一根部(11)的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1；和/或，

所述第二焊齿(2)靠近所述第二区域(32)的一端为第二根部(21)，远离所述第二区域(32)的一端形成有平行于所述焊接面(3a)的第二切面(22)，且所述第二切面(22)的截面面积C2与所述第二根部(21)的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。

5.根据权利要求3所述的焊接头(100)，其特征在于，多个所述第一焊齿(1)在所述第一区域(31)内沿相交的第一方向(X)和第二方向(Y)呈行列分布，且相邻的两个所述第一焊齿(1)的所述第一根部(11)之间形成有第一间隙d1，所述第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1，其中，W1为所述第一根部(11)在所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)上较小的截面宽度尺寸，所述第一方向(X)平行于所述焊接头的焊接移动方向设置。

6.根据权利要求5所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)的所述第一根部(11)与相邻的所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)之间形成有第三间隙d3，所述第三间隙d3的宽度尺寸大于或者等于所述第一间隙d1的宽度尺寸。

7.根据权利要求5所述的焊接头(100)，其特征在于，多个所述第二焊齿(2)围绕所述第一区域(31)分布，且相邻的两个所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)之间形成有第二间隙d2，所述第二间隙d2满足如下条件：d2＝(0.05～0.2)×W2，其中，W2为所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)在所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)上较小的截面宽度尺寸。

8.根据权利要求1所述的焊接头(100)，其特征在于，所述焊接面(3a)还包括围绕所述第二区域(32)的外周设置的第三区域(33)。

9.根据权利要求8所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第三区域(33)的外侧边缘设置有圆角(330)。

10.一种超声波焊接装置，其特征在于，包括：

超声波振荡器(200)，产生超声波；

如权利要求1至9任一项所述的焊接头(100)，所述焊接头(100)与所述超声波振荡器(200)连接。

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