CN213318301U - 一种超声波金属焊接装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，包括传振杆、压杆、装夹块、焊头和振动激励装置；传振杆包括振动输出槽、振动输入端面，振动输出槽设置于传振杆中部，振动输入端面设置于传振杆两端，传振杆的轴线为沿传振杆的长度方向，振动输入端面与传振杆轴线相垂直，振动输入端面用于连接振动激励装置，振动输出槽的中轴线与传振杆轴线垂直相交；压杆包括固定体、振动输入台、振动耦合锥孔，固定体设置于压杆的一端，振动耦合锥孔设置于压杆的另一端，振动输入台设置于压杆的中部区域，压杆的轴线为沿压杆的长度方向，振动输入台和振动耦合锥孔与压杆轴线同轴设置。

Description

一种超声波金属焊接装置

技术领域

本实用新型涉及超声波焊接领域，特别是涉及一种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，工件接触表面部分地区开始发生滑移，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，纯净金属表面开始呈多点状接触，随着高频振动的延续，纯净金属接触面积不断扩大，直到扩展为整个焊接区，与此同时在接触面上发生原子扩散，金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属冷变形的特性。

常规超声波金属焊接装置的焊头主体部分工作在纵振模态，超声振动方向同焊头轴线平行，焊点分布在焊头侧面，焊点平面同焊头轴线平行，这种结构，焊接压力作用中心轴线一般都偏离焊头焊点位置，焊接工件时，焊头焊点位置会产生焊接反作用，焊接反作用力会因这种偏离产生一焊接反作用力矩，这种焊接反作用力矩会导致超声波金属焊接装置的焊头等结构部件发生扰度变形，这种扰度变形会直接导致焊接精度和焊接效率降低，变形严重的还会导致焊接工件受损。

另外对于一些较大的工件，难焊的工件，如粗线束焊接、多层板材焊接等需要较大焊接功率，常规超声波金属焊接装置一般都配置一个超声换能器，这样焊接功率就受到局限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波金属焊接装置，以解决相关技术中存在的常规超声波金属焊接装置配置一个超声换能器，焊接功率受到局限的问题，和常规超声波金属焊接装置存在焊接反作用力矩，导致焊接精度和焊接效率降低的问题

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，包括传振杆、压杆、装夹块、焊头和振动激励装置；

所述传振杆包括振动输出槽、振动输入端面、传振杆轴线，所述振动输出槽设置于所述传振杆中部，所述振动输入端面设置于所述传振杆两端，所述传振杆的轴线为沿设置于所述传振杆的长度方向，所述振动输入端面与所述传振杆的轴线相垂直，所述振动输入端面用于连接所述振动激励装置，所述振动输出槽的中轴线与所述传振杆的轴线垂直相交；

所述压杆包括固定体、振动输入台、振动耦合锥孔、压杆轴线，所述固定体设置于所述压杆的一端，所述振动耦合锥孔设置于所述压杆的另一端，所述振动输入台设置于所述压杆的中部区域，所述压杆的轴线设置于为沿所述压杆的长度方向，所述振动输入台和所述振动耦合锥孔与所述压杆的轴线同轴设置；

所述焊头包括振动耦合锥体、焊点，所述焊头的一端设有所述振动耦合锥体，所述焊头的另一端设有所述焊点，所述焊点端面同所述焊头的轴线垂直；

所述装夹块固定连接于所述压杆的一端，所述固定体装夹在所述装夹块内，所述振动输入台装卡在所述传振杆的所述振动输出槽内，所述振动激励装置直接连接在所述传振杆的所述振动输入端面上，所述压杆的轴线与所述传振杆的轴线垂直相交；

所述振动耦合锥体和所述振动耦合锥孔的形状相适配，所述振动耦合锥体装配在所述振动耦合锥孔内，从而所述焊头与所述压杆同轴相连。

进一步，所述传振杆工作在纵振模态，振动方向同自身轴线相平行，用于传递超声振动；所述压杆工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线相垂直，用于同时传递超声振动和焊接压力；所述焊头工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线垂直，用于焊接工件。

进一步，所述装夹块用于固定装夹所述压杆，同时限定所述固定体的振动，使整个所述固定体部分振动最小，直至趋近于零。

进一步，所述振动输出槽设在所述传振杆中部的纵振波峰位置，呈环形槽结构，用于把来自所述传振杆两端的超声振动汇聚输出。

进一步，所述压杆的所述固定体连接在所述压杆一端的横振振动波节位置，以便所述压杆的装夹固定和外部焊接压力的导入。

进一步，所述振动输入台设在所述压杆中部的横振波峰位置，呈环形台结构，用于把来自所述振动输出槽的超声振动耦合到所述压杆。

进一步，所述振动耦合锥体和所述振动耦合锥孔相配合，把所述焊头连接在所述压杆的一端，焊接压力通过所述压杆同轴传给所述焊头的所述焊点，并作用于被焊工具。

进一步，所述振动激励装置为超声换能器或压电陶瓷组件，用于提供超声振动激励源。

进一步，所述振动激励装置包括超声波变幅杆，所述振动输入端面通过所述超声波变幅杆与所述超声换能器相连接。

进一步，所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷片、电极片、压盖和紧固件，所述压电陶瓷片、所述电极片和所述压盖通过所述紧固件压紧连接在所述振动输入端面上。

与相关技术相比，本实用新型达到的有益效果是：

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，其焊接作用力可以通过压杆直接同轴传给焊头的焊点，没有焊接反作用力矩，焊头等装置部件不存在扰度变形，可以实现高效焊接。

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，可以同时连接两个振动激励装置，可以实现更大的超声焊接功率。

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，结构简单，成本低廉，利于普遍推广。

附图说明

图1是本实用新型提供的超声波金属焊接装置的实施例1的整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的超声波金属焊接装置的实施例1的结构分解图；

图3是本实用新型提供的超声波金属焊接装置的实施例2的整体结构示意图；

图4是本实用新型提供的超声波金属焊接装置的实施例3的整体结构示意图；

图5是本实用新型提供的超声波金属焊接装置的实施例3的结构分解图。

图中标号：

1.传振杆，1a.振动输出槽，1b.振动输入端面，2.压杆，2a.固定体，2b.振动输入台，2c.振动耦合锥孔，3.装夹块，4.焊头，4a.振动耦合锥体，4b.焊点，5.超声换能器，6.超声波变幅杆，7.压电陶瓷片，8.电极片，9.压盖，10.紧固件。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本实用新型进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本实用新型的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本实用新型实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在实用新型的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书上的词汇是为了说明本实用新型的实施例而使用的，但不是试图要限制本实用新型。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实用新型提供一种超声波金属焊接装置，包括传振杆1、压杆2、装夹块3、焊头4和振动激励装置。

传振杆1包括振动输出槽1a、振动输入端面1b，振动输出槽1a设置于传振杆1中部，振动输入端面1b设置于传振杆1两端，传振杆1的轴线为沿传振杆1的长度方向，振动输入端面1b与传振杆1的轴线相垂直，振动输入端面1b用于连接振动激励装置，振动输出槽1a的中轴线与传振杆1的轴线垂直相交。

压杆2包括固定体2a、振动输入台2b、振动耦合锥孔2c，固定体2a设置于压杆2的一端，振动耦合锥孔2c设置于压杆2的另一端，振动输入台2b设置于压杆2的中部区域，压杆2的轴线为沿压杆2的长度方向，振动输入台2b和振动耦合锥孔2c与压杆2的轴线同轴设置。

焊头4包括振动耦合锥体4a、焊点4b，焊头4的一端设有振动耦合锥体4a，焊头4的另一端设有焊点4b，焊点4b端面同焊头4的轴线垂直。

装夹块3固定连接于压杆2的一端，固定体2a装夹在装夹块3内，振动输入台2b装卡在传振杆1的振动输出槽1a内，振动激励装置直接连接在传振杆1的振动输入端面1b上，压杆2的轴线与传振杆1的轴线垂直相交。

振动耦合锥体4a和振动耦合锥孔2c的形状相适配，振动耦合锥体4a装配在振动耦合锥孔2c内，从而焊头4与压杆2同轴相连。

传振杆1工作在纵振模态，振动方向同自身轴线相平行，用于传递超声振动；压杆2工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线相垂直，用于同时传递超声振动和焊接压力；焊头4工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线垂直，用于焊接工件。

装夹块3用于固定装夹压杆2，同时限定固定体2a的振动，使整个固定体2a部分振动最小，直至趋近于零。

优选地，振动输出槽1a设在传振杆1中部区域的纵振波峰位置，呈环形槽结构，用于把来自传振杆1两端的超声振动汇聚输出。

优选地，压杆2的固定体2a连接在压杆2一端的横振振动波节位置，以便压杆2的装夹固定和外部焊接压力的导入。

优选地，振动输入台2b设在压杆2中部的横振波峰位置，呈环形台结构，用于把来自振动输出槽1a的超声振动耦合到压杆2。

动耦合锥体孔4a和振动耦合锥孔2c相配合，把焊头4连接在压杆2的一端，焊接压力通过压杆2同轴传给焊头4的焊点4b，并作用于被焊工件。

振动激励装置包括超声换能器5，超声换能器5连接在传振杆1两端的振动输入端面1b，用于提供超声振动激励，并且，两个超声换能器5频率相同，相位相差180°。

实施例2

本实施例结构与实施例1的结构类似，区别在于：传振杆1的一个振动输入端面1b经过超声波变幅杆6连接一个超声换能器5，另一个振动输入端面1b直接连接一个超声换能器5。

优选地，超声波变幅杆6的长度为半波长或半波长的奇数倍。

优选地，两个超声换能器5的频率相同，相位相同。如此设置，在超声波金属焊接装置使用时，使得超声换能器5互换性较好，方便维修调试。

实施例3

本实施例结构与实施例1的结构类似，区别在于：连接在振动输入端面1b的振动激励装置为压电陶瓷组件，压电陶瓷组件包括压电陶瓷片7、电极片8、压盖9和紧固件10。

压电陶瓷片7、电极片8和压盖9通过紧固件10压紧连接在振动输入端面1b上。

采用压电陶瓷组件作为振动激励装置使得整体的超声波金属焊接装置结构会比较小巧、简洁，有利于超声波金属焊接装置的小型化。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰和改进，这些修饰和改进也都属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波金属焊接装置，其特征在于：

包括传振杆(1)、压杆(2)、装夹块(3)、焊头(4)和振动激励装置；

所述传振杆(1)包括振动输出槽(1a)、振动输入端面(1b)，所述振动输出槽(1a)设置于所述传振杆(1)中部，所述振动输入端面(1b)设置于所述传振杆(1)两端，所述传振杆(1)的轴线为沿所述传振杆(1)的长度方向，所述振动输入端面(1b)与所述传振杆(1)的轴线相垂直，所述振动输入端面(1b)用于连接所述振动激励装置，所述振动输出槽(1a)的中轴线与所述传振杆(1)的轴线垂直相交；

所述压杆(2)包括固定体(2a)、振动输入台(2b)、振动耦合锥孔(2c)，所述固定体(2a)设置于所述压杆(2)的一端，所述振动耦合锥孔(2c)设置于所述压杆(2)的另一端，所述振动输入台(2b)设置于所述压杆(2)的中部区域，所述压杆(2)的轴线为沿所述压杆(2)的长度方向，所述振动输入台(2b)和所述振动耦合锥孔(2c)与所述压杆(2)的轴线同轴设置；

所述焊头(4)包括振动耦合锥体(4a)、焊点(4b)，所述焊头(4)的一端设有所述振动耦合锥体(4a)，所述焊头(4)的另一端设有所述焊点(4b)，所述焊点(4b)端面同所述焊头(4)轴线垂直；

所述装夹块(3)固定连接于所述压杆(2)的一端，所述固定体(2a)装夹在所述装夹块(3)内，所述振动输入台(2b)装卡在所述传振杆(1)的所述振动输出槽(1a)内，所述振动激励装置直接连接在所述传振杆(1)的所述振动输入端面(1b)上，所述压杆(2)的轴线与所述传振杆(1)的轴线垂直相交；

所述振动耦合锥体(4a)和所述振动耦合锥孔(2c)的形状相适配，所述振动耦合锥体(4a)装配在所述振动耦合锥孔(2c)内，从而所述焊头(4)与所述压杆(2)同轴相连。

2.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述传振杆(1)工作在纵振模态，振动方向同自身轴线相平行，用于传递超声振动；所述压杆(2)工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线相垂直，用于同时传递超声振动和焊接压力；所述焊头(4)工作在横振工作模态，振动方向同自身轴线垂直，用于焊接工件。

3.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述装夹块(3)用于固定装夹所述压杆(2)，同时限定所述固定体(2a)的振动，使整个所述固定体(2a)部分振动最小，直至趋近于零。

4.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述振动输出槽(1a)设在所述传振杆(1)中部区域的纵振波峰位置，呈环形槽结构，用于把来自所述传振杆(1)两端的超声振动汇聚输出。

5.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述压杆(2)的所述固定体(2a)连接在所述压杆(2)一端的横振振动波节位置，以便所述压杆(2)的装夹固定和外部焊接压力的导入。

6.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述振动输入台(2b)设在所述压杆(2)中部的横振波峰位置，呈环形台结构，用于把来自所述振动输出槽(1a)的超声振动耦合到所述压杆(2)。

7.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述振动耦合锥体(4a)和所述振动耦合锥孔(2c)相配合，把所述焊头(4)连接在所述压杆(2)的一端，焊接压力通过所述压杆(2)同轴传给所述焊头(4)的所述焊点(4b)，并作用于被焊工件。

8.根据权利要求1所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述振动激励装置为超声换能器(5)或压电陶瓷组件，用于提供超声振动激励源。

9.根据权利要求8所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述振动激励装置包括超声波变幅杆(6)，所述振动输入端面(1b)通过所述超声波变幅杆(6)与所述超声换能器(5)相连接。

10.根据权利要求8所述的一种超声波金属焊接装置，其特征在于，

所述压电陶瓷组件包括压电陶瓷片(7)、电极片(8)、压盖(9)和紧固件(10)，所述压电陶瓷片(7)、所述电极片(8)和所述压盖(9)通过所述紧固件(10)压紧连接在所述振动输入端面(1b)上。

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