CN212043111U - 超声波焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种超声波焊接装置，包括：换能器和焊接结构，换能器用于转换电能为机械能；焊接结构用于实施焊接作业；超声波焊接装置还包括：换相结构，包括第一端和第二端，第一端设置于换能器上，第二端设置于焊接结构上，换相结构的长度为超声波焊接装置的波长的一半。该超声波焊接装置通过在换能器与焊接结构之间增加一个半波长的换相结构，使波的相位改变π，从而使换能器的振动方向与焊头的振动方向相同，及焊接结构的焊头与换能器的振动同步，提高了功率转换效率，解决了虚焊的问题。

Description

超声波焊接装置

技术领域

本申请涉及焊接领域，尤其涉及一种超声波焊接装置。

背景技术

现有的超声波焊接装置100a一般包括采用螺纹连接的换能器10a和焊接结构20a，如图1所示。换能器10a用于转换电能为机械能，焊接结构20a用于实施焊接作业。超声波焊接利用逆压电效应，实现高频电能转换机械振动能实现焊接。请参阅图2，换能器10a与焊接结构20a的焊头21a的振动方向相反，即换能器10a与焊头21a振动不同步，导致焊头21a的实际叠加的相位与换能器10a理论输出的相位不同，使超声振动能量传递的效率降低，导致焊接工件200时出现虚焊问题。

实用新型内容

鉴于上述状况，有必要提供一种消除虚焊的超声波焊接装置。

本申请提出一种超声波焊接装置，包括：换能器和焊接结构，所述换能器用于转换电能为机械能；所述焊接结构用于实施焊接作业；所述超声波焊接装置还包括：

换相结构，包括第一端和第二端，所述第一端设置于所述换能器上，所述第二端设置于所述焊接结构上，所述换相结构的长度为所述超声波焊接装置的波长的一半。

根据本申请的一些实施例，所述换相结构为对称结构。

根据本申请的一些实施例，所述换相结构在所述第一端设置第一连接孔、在所述第二端设置第二连接孔，所述超声波焊接装置还包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件分别连接第一连接孔及所述换能器，所述第二紧固件分别连接所述第二连接孔和所述焊接结构。

根据本申请的一些实施例，所述第一连接孔为螺纹孔，所述第一紧固件设置与所述第一连接孔适配的螺纹；所述第二连接孔为螺纹孔，所述第二紧固件设置与所述第二连接孔适配的螺纹。

根据本申请的一些实施例，所述换相结构沿其径向开设环形槽以调节所述超声波焊接装置的谐振频率。

根据本申请的一些实施例，所述换能器、所述换相结构和所述焊接结构的轴线共线。

根据本申请的一些实施例，所述焊接结构在其轴对称处设置用于焊接工件的焊头。

根据本申请的一些实施例，所述超声波焊接装置还包括变幅杆，所述变幅杆设置于所述焊接结构背离所述换相结构的一端，所述变幅杆与所述焊接结构的轴线共线。

根据本申请的一些实施例，所述超声波焊接装置还包括固定环套，所述固定环套设置于所述焊接结构上，且用于连接于一固定装置上。

所述超声波焊接装置通过在所述换能器与所述焊接结构之间增加一个半波长的换相结构，使波的相位改变π，从而使所述换能器的振动方向与所述焊头的振动方向相同，及所述焊接结构的焊头与所述换能器的振动同步，提高了功率转换效率，解决了虚焊的问题。

附图说明

图1为现有技术超声波焊接装置的工作原理示意图。

图2为图1所示的超声波焊接装置的振动曲线示意图。

图3为本申请的超声波焊接装置在一实施例中的结构示意图。

图4为图3所示的超声波焊接装置的振动分析示意图。

图5为图3所示的超声波焊接装置的换相结构的结构示意图。

主要元件符号说明

超声波焊接装置 100，100a

轴线 101

换能器 10，10a

焊接结构 20，20a

焊头 21，21a

换相结构 30

第一端 31

第一连接孔 311

第二端 33

第二连接孔 331

环形槽 35

第一紧固件 40

第二紧固件 50

变幅杆 60

固定环套 70

工件 200

如下具体实施方式将连接上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一些实施方式提出一种超声波焊接装置，包括：换能器和焊接结构，所述换能器用于转换电能为机械能；所述焊接结构用于实施焊接作业；所述超声波焊接装置还包括：

换相结构，包括第一端和第二端，所述第一端设置于所述换能器上，所述第二端设置于所述焊接结构上，所述换相结构的长度为所述超声波焊接装置的波长的一半。

所述超声波焊接装置通过在所述换能器与所述焊接结构之间增加一个半波长的换相结构，使波的相位改变π，从而使所述换能器的振动方向与所述焊头的振动方向相同，及所述焊接结构的焊头与所述换能器的振动同步，提高了功率转换效率，解决了虚焊的问题。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式的超声波焊接装置作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请参阅图3至图5，本申请的一实施例提出一种超声波焊接装置100。所述超声波焊接装置100包括换能器10、焊接结构20和换相结构30。所述换能器10用于转换电能为机械能。所述焊接结构20用于实施焊接作业。具体地，所述焊接结构20利用超声波产生的高频机械振动能量，通过对工件200施加适当压力，将振动能量转变为工件200界面间的摩擦功、形变能及温升，使得工件200上焊接区域的金属原子被瞬间激活，两相界面处的分子相互渗透，最终实现固态连接。所述工件200为极耳结构，但不限于此。所述换相结构30包括第一端31和第二端33。所述第一端31设置于所述换能器10上。所述第二端33设置于所述焊接结构20上。所述换相结构30的长度为所述超声波焊接装置100的波长的一半，即所述第一端31和所述第二端33的间距为所述超声波焊接装置100的波长的一半。

波在传播的过程中存在半波损失现象，一般由端点固定造成，例如，所述换相结构30与所述换能器10相接的第一端31、及所述换相结构30与所述焊接结构20相接的第二端33。振动模式有两种，包括可以叠加的左行波和右行波，其中一个为入射波，另一个为反射波。端点固定任意时刻在端点处左行波和右行波叠加后位移为零。波在传播的过程中，每传播一个波长的距离，相位改变2π。因此在任意时刻左行波和右行波的相位相差π，相当于波走了半个波长的距离。

在所述换能器10与所述焊接结构20之间增加一个半波长的换相结构30，使波的相位改变π，从而使所述换能器10的振动方向与所述焊头21的振动方向相同，如图4所示。所述焊接结构20的焊头21与所述换能器10的振动同步，降低了所述超声波焊接装置100的空载功耗，进而提高了功率转换效率，使焊接的能量输出更有效、更稳定，解决了虚焊的问题。

请参阅图4，所述换能器10、所述换相结构30和所述焊接结构20的轴线101共线。所述轴线101平行于所述第一端31朝向所述第二端33的方向。所述焊接结构20在其轴对称处设置用于焊接工件200的所述焊头21，即所述焊头21沿所述轴线101位于所述焊接结构20的中间处。

请参阅图5，所述换相结构30为对称结构。所述换相结构30大致为圆形柱体结构。所述换相结构30在所述第一端31设置第一连接孔311。所述换相结构30在所述第二端33设置第二连接孔331。所述超声波焊接装置100还包括第一紧固件40和第二紧固件50。所述第一紧固件40分别连接第一连接孔311及所述换能器10。所述第二紧固件50分别连接所述第二连接孔331和所述焊接结构20。

所述第一连接孔311为螺纹孔，所述第一紧固件40设置与所述第一连接孔311适配的螺纹。所述第二连接孔331为螺纹孔。所述第二紧固件50设置与所述第二连接孔331适配的螺纹。所述换能器10设置与所述第一紧固件40适配的螺纹孔(图未示)，所述焊接结构20设置与所述第二紧固件50适配的螺纹孔(图未示)。

请参阅图2，现有技术的换能器10a与焊接结构20a的焊头21a的振动方向相反，使换能器10a与焊接结构20a的连接处存在往复式振动，导致换能器10a和焊接结构20a上用于连接的螺纹滑牙，甚至导致紧固件断裂，使连接可靠性降低或失效，通常需要更换换能器10a或焊接结构20a，更换成本高。

请参阅图4，所述超声波焊接装置100通过在所述换能器10和所述焊接结构20之间设置半波长的所述换相结构30，使所述换能器10的振动方向与所述焊头21的振动方向相同。所述换能器10与所述换相结构30的交界处的振动方向，与所述焊头21的振动方向相同，即消除了方向相反的往复振动，所述换能器10的螺纹不会滑牙。

请参阅图5，所述换相结构30沿其径向开设环形槽35。所述环形槽35的数量为两个，且沿所述轴线101对称布置，但不限于此。所述环形槽35减小了所述换相结构30的质量，进而调节所述超声波焊接装置100的谐振频率。可以理解，其他实施例中，所述环形槽35也可以省略，或者所述环形槽35的数量也可以为一个、四个等其他数量，且环形槽35对称布置于所述换相结构30上。

请参阅图4，所述超声波焊接装置100还包括变幅杆60。所述变幅杆60设置于所述焊接结构20背离所述换相结构30的一端。所述变幅杆60与所述焊接结构20的轴线共线。所述变幅杆60用于放大机械振动的质点位移或速度，并聚集超声能量。

所述换相结构30和所述变幅杆60均采用铝合金材质制成，但不限于此。例如，在其他实施例中，所述换相结构30和所述变幅杆60也可以采用其他轻质金属以提高所述超声波焊接装置100的频率。

所述超声波焊接装置100还包括固定环套70。所述固定环套70设置于所述焊接结构20上，且用于连接于一固定装置(图未示)上。

上述超声波焊接装置100通过在所述换能器10与所述焊接结构20之间增加一个半波长的换相结构30，使波的相位改变π，从而使所述换能器10的振动方向与所述焊头21的振动方向相同，及所述焊接结构20的焊头21与所述换能器10的振动同步，提高了功率转换效率，解决了虚焊的问题。

另外，本领域技术人员还可在本申请精神内做其它变化，当然，这些依据本申请精神所做的变化，都应包含在本申请所要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种超声波焊接装置，包括：换能器和焊接结构，所述换能器用于转换电能为机械能；所述焊接结构用于实施焊接作业；其特征在于，所述超声波焊接装置还包括：

换相结构，包括第一端和第二端，所述第一端设置于所述换能器上，所述第二端设置于所述焊接结构上，所述换相结构的长度为所述超声波焊接装置的波长的一半。

2.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述换相结构为对称结构。

3.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述换相结构在所述第一端设置第一连接孔、在所述第二端设置第二连接孔，所述超声波焊接装置还包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件分别连接第一连接孔及所述换能器，所述第二紧固件分别连接所述第二连接孔和所述焊接结构。

4.如权利要求3所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述第一连接孔为螺纹孔，所述第一紧固件设置与所述第一连接孔适配的螺纹；所述第二连接孔为螺纹孔，所述第二紧固件设置与所述第二连接孔适配的螺纹。

5.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述换相结构沿其径向开设环形槽以调节所述超声波焊接装置的谐振频率。

6.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述换能器、所述换相结构和所述焊接结构的轴线共线。

7.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述焊接结构在其轴对称处设置用于焊接工件的焊头。

8.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述超声波焊接装置还包括变幅杆，所述变幅杆设置于所述焊接结构背离所述换相结构的一端，所述变幅杆与所述焊接结构的轴线共线。

9.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于：所述超声波焊接装置还包括固定环套，所述固定环套设置于所述焊接结构上，且用于连接于一固定装置上。

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