CN220880910U - 一种超声焊焊头及超声焊接设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电池制造技术领域，具体公开一种超声焊焊头及超声焊接设备。该超声焊焊头包括焊头本体、焊台和焊齿，焊头本体包括第一连接面；焊台包括相对设置的第二连接面和承载面，第一连接面与第二连接面相连接，第二连接面的面积小于第一连接面的面积；焊齿设置于承载面上。其中，焊头本体的一端面连接连接部。该设计能够使焊头本体与焊台之间形成台阶状结构，在焊接时，使焊接的作用力不会直接作用于焊头本体上，从而防止焊接过程中超声焊焊头发生断裂，并保证待焊接件的焊接质量；此外，由于焊头本体与焊台之间能形成台阶状结构，在焊台上加工焊齿时，焊头本体与焊台之间存在进刀或者退刀的间隙，从而简化加工难度。

Description

一种超声焊焊头及超声焊接设备

技术领域

本实用新型涉及锂电池制造技术领域，尤其涉及一种超声焊焊头及超声焊接设备。

背景技术

在锂离子电池加工过程中，极耳与连接片、极耳与集流体的焊接大多采用超声波焊接。超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。现有技术中的超声焊接设备通常包括焊头及在焊头的端面设置的焊齿，由于焊齿直接设置在焊头的端面，焊接时的作用力会直接作用在焊头上，当焊接功率过大时容易导致焊头发生断裂，且焊接完的成品容易发生开裂；此外，在焊头的端面上直接加工焊齿，其加工难度较大，加工成本较高。

因此，亟需提出一种超声焊焊头，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声焊焊头及超声焊接设备，可以防止焊接功率过大时导致的焊头断裂的情况，保证成品质量，且能降低加工难度及加工成本。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种超声焊焊头，包括：

焊头本体，所述焊头本体包括第一连接面；

焊台，所述焊台包括相对设置的第二连接面和承载面，所述第一连接面与所述第二连接面相连接，所述第二连接面的面积小于所述第一连接面的面积；

焊齿，设置于所述承载面上。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊台的厚度H₁满足：1.8mm≤H₁≤2.5mm。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊齿的数量为多个，多个所述焊齿呈阵列排布于所述承载面上。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，多个所述焊齿形成矩形阵列，所述矩形阵列的长度为L₂，所述矩形阵列的宽度为B₂，所述第一连接面的长度为L₁，所述第一连接面的宽度为B₁，其中，1.6mm≤L₁-L₂≤2.4mm，1.6mm≤B₁-B₂≤2.4mm。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊齿包括相对设置且同心的焊接平面和固定平面，所述固定平面与所述承载面相连接，所述焊接平面用于与待焊接件相接触，所述焊接平面的面积小于所述固定平面的面积。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊接平面和所述固定平面均为圆形，且所述焊接平面和所述固定平面之间采用弧形面过渡。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊接平面的面积为S₁，所述固定平面的面积为S₂，其中，4/(95π)≤S₁/S₂≤1/(2π)。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊齿为切顶半球形结构，所述固定平面的直径D的范围为1.2mm～1.9mm；所述切顶深度H₂的范围为0.02mm～0.1mm，所述焊接平面的面积S₁的范围为0.08mm²～0.6mm²。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊接平面和所述固定平面均为多边形，所述焊接平面和所述固定平面之间的过渡面至少包括一个平面。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，相邻两个所述焊齿的中心之间的间距不大于2mm。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊台为柱体结构或者台体结构。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊台为圆柱结构、棱柱结构、圆台结构或者棱台结构。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，当所述焊台为圆柱结构或者圆台结构时，所述焊台的顶面和侧面之间设置有圆角过渡面；

当所述焊台为棱柱结构或者棱台结构时，所述焊台上相邻两个侧面之间以及顶面和侧面之间均设置有圆角过渡。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊台的数量为多个，多个所述焊台呈阵列排布于所述第一连接面上，每个所述焊台上设置有至少一个所述焊齿。

作为本实用新型提供的超声焊焊头的一种优选方案，所述焊头本体的至少一侧设置有所述第一连接面。

本实用新型还提供一种超声焊接设备，包括超声波发生器、换能器、变幅杆和如以上任一方案所述的超声焊焊头，所述超声波发生器的输出端与所述换能器相连接，所述换能器通过所述变幅杆与所述超声焊焊头相连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种超声焊焊头，包括焊头本体、焊台和焊齿，焊头本体包括第一连接面；焊台包括相对设置的第二连接面和承载面，第一连接面与第二连接面相连接，第二连接面的面积小于第一连接面的面积；焊齿设置于承载面上。其中，焊头本体的一端面连接连接部。焊齿通过焊台安装于焊头本体上，且焊台的第二连接面的面积小于焊头本体的第一连接面的面积，该设计能够使焊头本体与焊台之间形成台阶状结构，在焊接时，焊台能够在焊头本体和焊齿之间起到过渡的作用，使焊接的作用力不会直接作用于焊头本体上，从而防止焊接过程中超声焊焊头发生断裂，并保证待焊接件的焊接质量；此外，由于焊头本体与焊台之间能形成台阶状结构，在焊台上加工焊齿时，焊头本体与焊台之间存在进刀或者退刀的间隙，从而简化加工难度，降低加工成本。

本实用新型还提供一种超声焊接设备，通过应用上述超声焊焊头，可以保证焊接过程的顺畅性及成品的焊接质量，并防止在焊接过程中设备发生损坏。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的超声焊焊头的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的超声焊焊头的侧视示意图；

图3是本实用新型实施例提供的超声焊焊头的俯视示意图；

图4是本实用新型实施例提供的超声焊焊头的局部结构示意图一；

图5是本实用新型实施例提供的超声焊焊头的局部结构示意图二；

图6是本实用新型实施例提供的超声焊焊头中焊头本体、焊台及焊齿的尺寸示意图；

图7是本实用新型实施例提供的焊齿的结构示意图。

图中：

1-焊头本体；11-第一连接面；

2-焊台；21-承载面；

3-焊齿；31-焊接平面；32-固定平面；33-弧形面；

4-连接部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本实施例提供一种超声焊接设备，该超声焊接设备包括超声波发生器、换能器、变幅杆和超声焊焊头，其中，超声波发生器的输出端与换能器相连接，换能器通过变幅杆与超声焊焊头相连接。使用时，超声波发生器传递信号给换能器，换能器通过变幅杆控制超声焊焊头动作，从而实现对待焊接件的焊接操作。

图1示出了本实施例提供的超声焊焊头的结构示意图。图2示出了本实施例提供的超声焊焊头的侧视示意图。图3示出了本实施例提供的超声焊焊头的俯视示意图。如图1-图3所示，超声焊焊头包括连接部4和焊接部，焊接部通过连接部4连接于变幅杆上。可选地，连接部4远离焊接部的一端设置有盲孔，盲孔内设置有内螺纹，变幅杆上设置有与连接部上的内螺纹相配合的外螺纹，变幅杆和连接部螺纹连接，连接紧固，方便拆装。

进一步地，焊接部包括焊头本体1、焊台2和焊齿3，焊头本体1包括第一连接面11；焊台2包括相对设置的第二连接面和承载面21，第一连接面11与第二连接面相连接，第二连接面的面积小于第一连接面11的面积；焊齿3设置于承载面21上。其中，焊头本体1的一端面连接连接部4。在本实施例中，焊齿3通过焊台2安装于焊头本体1上，且焊台2的第二连接面的面积小于焊头本体1的第一连接面11的面积，该设计能够使焊头本体1与焊台2之间形成台阶状结构，在焊接时，焊台2能够在焊头本体1和焊齿3之间起到过渡的作用，使焊接的作用力不会直接作用于焊头本体1上，从而防止焊接过程中超声焊焊头发生断裂，并保证待焊接件的焊接质量；此外，由于焊头本体1与焊台2之间能形成台阶状结构，在焊台2上加工焊齿3时，焊头本体1与焊台2之间存在进刀或者退刀的间隙，从而简化加工难度，降低加工成本。

图4示出了本实施例提供的超声焊焊头的局部结构示意图一。图5示出了本实施例提供的超声焊焊头的局部结构示意图二。如图3-图5所示，在本实施例中，第一连接面11为矩形面，第二连接面为矩形面。优选地，第一连接面11与第二连接面同心设置，可以保证焊头本体1上受力的平衡性。在另一实施例中，第一连接面11可以是圆形面，第二连接面为三角形、矩形、五边形、六边形等多边形。在又一实施例中，第二连接面可以是圆形面，第一连接面11可以是三角形、矩形、五边形、六边形等多边形。

进一步地，焊台2大致为柱状结构或者台状结构，焊台2的其中一个端面形成上述第二连接面，另一个端面形成上述承载面21。示例性地，焊台2可以为圆柱结构、棱柱结构、圆台结构或者棱台结构。在一个实施例中，焊台2为四棱柱，四棱柱相对的两个矩形面中的一个形成上述第二连接面，另一个形成上述承载面21。在第二个实施例中，焊台2还可以为四棱台结构，四棱台较大的一个端面形成上述第二连接面，四棱台较小的一个端面形成上述承载面21，同样能够实现上述效果。在第三个实施例中，焊台2可以是圆台结构，圆台结构较大的一个圆形面形成上述第二连接面，圆台结构较小的一个圆形面形成上述承载面21，同样能够实现上述效果。在第四个实施例中，焊台2可以是圆柱结构，圆柱结构相对的两个圆形面中的一个形成上述第二连接面，另一个形成上述承载面21。当然，焊台2还可以是三棱柱、三棱台、六棱柱、六棱台等，本实施例对此不作限定。

可选地，当焊台2为圆柱结构或者圆台结构时，焊台2的顶面和侧面之间设置有圆角过渡面；当焊台2为棱柱结构或者棱台结构时，焊台2上相邻两个侧面之间以及顶面和侧面之间均设置有圆角过渡。通过设置圆角过渡面，可以降低焊接过程中对待焊接件的损伤，保证成品质量。

为了保证在加工该超声焊焊头时，焊头本体1与焊台2之间能形成足够的进刀或者退刀的间隙，焊台2的厚度H₁的范围为1.8mm～2.5mm。示例性地，焊台2的厚度H₁＝1.9mm、1.92mm、2.0mm、2.1mm、2.11mm、2.2mm、2.3mm或者2.4mm等。

该超声焊焊头的具体成型过程为：1)加工焊头毛坯，在焊头毛坯的侧面上加工一长方体结构；2)在步骤1)中的长方体结构的端面边缘加工中间焊台，此时，步骤1)中的长方体结构形成一台阶状结构，分别为焊头本体1和中间焊台；3)在中间焊台上加工焊齿3，焊齿3与焊头本体1之间形成焊台2；4)对焊头本体1的第一连接面11及焊台2的第二连接面进行精加工，以满足预设的精度要求。

进一步地，焊头本体1的至少一侧设置有第一连接面11。在本实施例中，焊头本体1上设置有两个第一连接面11，两个第一连接面11上均设置有焊台2和焊齿3。当其中一个焊台2上的焊齿3发生损坏后，可以使用另一个焊台2上的焊齿3继续作业，从而延长该超声焊焊头的使用寿命，节约加工成本。

图6示出了本实施例提供的超声焊焊头中焊头本体1、焊台2及焊齿3的尺寸示意图。如图4和图6所示，焊齿3的数量为多个，多个焊齿3呈阵列排布于承载面21上。多个焊齿3同时与待焊接件发生相互作用，提高焊接效率及焊接质量。可选地，多个焊齿3形成矩形阵列，该矩形阵列的长度为L₂，矩形阵列的宽度为B₂，第一连接面11的长度为L₁，第一连接面11的宽度为B₁，其中，1.6mm≤L₁-L₂≤2.4mm，1.6mm≤B₁-B₂≤2.4mm。可选地，在本实施例中，L₁＝18.75mm，L₁＝16.75mm；B₁＝8mm，B₂＝6mm。本实施例对第一连接面11、第二连接面及多个焊齿3形成的矩形阵列的具体尺寸不作限定，其可以待焊接件的尺寸进行定制，从而保证成品的焊接质量，在加工该超声焊焊头时，需要保证待焊接件上形成的焊印中心与第二连接面的中心重合，此时焊接质量最佳。

可选地，相邻两个焊齿3的中心之间的间距不大于2mm，有利于实现牢固且稳定的焊接效果。示例性地，相邻两个焊齿3之间的间距可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、2mm。本实施例对相邻两个焊齿3之间的间距不作限定，其可以是0～2mm之间的任意数值，在保证稳定焊接的前提下，方便加工即可。

在本实施例中，焊台2的数量为一个，一个焊台2上设置有多个呈阵列排布的焊齿3。在其他实施例中，焊台2的数量还可以为多个，多个焊台2呈阵列排布于第一连接面11上，每个焊台2上设置有至少一个焊齿3，本实施例对每个焊台2上设置的焊齿3的数量不作限定。

图7示出了本实施例提供的焊齿3的结构示意图。如图6和图7所示，焊齿3包括相对设置且同心的焊接平面31和固定平面32，固定平面32与承载面21相连接，焊接平面31用于与待焊接件相接触，焊接平面31的面积小于固定平面32的面积。在焊接的过程中，焊接的压力逐渐增强，在焊齿3的作用下，待焊接件开始发生形变，而将焊接平面31的面积设置为小于固定平面32的面积，可以使待焊接件发生形变的速度变缓，避免焊齿3周围的待焊接件突然变薄产生裂缝。

在本实施例中，焊接平面31和固定平面32均为圆形，且焊接平面31和固定平面32之间采用弧形面33过渡。该设计相较于现有技术中的尖齿和圆齿，既可以取消保护片，节约电池制造成本，又可以保证超声焊接拉力和残留的稳定性，适用性较强。示例性地，焊齿3为切顶半球结构或者圆台结构。其中，弧形面33可以是外凸弧形面，也可以是内凹弧形面，本实施例对此均不作限定，只要能够保证焊齿3具有足够的强度对待焊接件进行焊接即可。经模拟仿真及试验验证，焊齿3为切顶半球形结构时，其焊接后的极耳质量更好。

可选地，焊接平面31的面积为S₁，固定平面32的面积为S₂，其中，4/(95π)≤S₁/S₂≤1/(2π)。其中，固定平面32的面积较大，可以增加焊齿3与承载面21之间的连接面积，保证连接的稳定性；在焊接时，焊接平面31与待焊接件直接接触，焊接平面31的面积较小可以使待焊接件上与焊接平面31相接触的表面区域压强较大，从而形成更深的压痕，保证焊接质量。

由于焊齿3为切顶半球形结构，在加工焊齿3时，可以先在焊台2上加工直径D的半球形结构，在再该半球形结构远离焊台2的一侧进行切顶操作，从而在该侧形成焊接平面31。可选地，1.2mm≤D≤1.9mm，切顶深度H₂为0.02mm～0.1mm，焊接平面31的面积S₁的范围为0.08mm²～0.6mm²。示例性地，D＝1.82mm，切顶深度为0.05mm，S₁＝0.28mm²。需要说明的是，在加工焊齿3时，首先在焊台2上加工直径D的半球形结构，然后再在该半球形结构远离焊台2的一侧进行切顶操作，如图7所示的虚线半球即为从上述半球形结构上切下来的小半球，该小半球的半径即为切顶深度H₂。

下表示例性地列出了焊齿3的固定平面32的直径D、切顶深度及焊接平面31的面积S₁，当然，焊齿3的上述各项尺寸不限于下表示例，操作人员可以根据实际情况进行调整。

在其他实施例中，焊接平面31和固定平面32均为多边形，焊接平面31和固定平面32之间的过渡面至少包括一个平面。示例性地，焊接平面31和固定平面32可以是三角形、矩形、五边形、六边形等，本实施例对此不作限定。另外，本实施例对焊接平面31和固定平面32的尺寸也不作限定，操作人员可以根据实际焊接场景进行调整。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (16)

1.一种超声焊焊头，其特征在于，包括：

焊头本体(1)，所述焊头本体(1)包括第一连接面(11)；

焊台(2)，所述焊台(2)包括相对设置的第二连接面和承载面(21)，所述第一连接面(11)与所述第二连接面相连接，所述第二连接面的面积小于所述第一连接面(11)的面积，所述焊头本体(1)与所述焊台(2)之间形成台阶状结构；

焊齿(3)，设置于所述承载面(21)上。

2.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊台(2)的厚度H₁满足：1.8mm≤H₁≤2.5mm。

3.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊齿(3)的数量为多个，多个所述焊齿(3)呈阵列排布于所述承载面(21)上。

4.根据权利要求3所述的超声焊焊头，其特征在于，多个所述焊齿(3)形成矩形阵列，所述矩形阵列的长度为L₂，所述矩形阵列的宽度为B₂，所述第一连接面(11)的长度为L₁，所述第一连接面(11)的宽度为B₁，其中，1.6mm≤L₁-L₂≤2.4mm，1.6mm≤B₁-B₂≤2.4mm。

5.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊齿(3)包括相对设置且同心的焊接平面(31)和固定平面(32)，所述固定平面(32)与所述承载面(21)相连接，所述焊接平面(31)用于与待焊接件相接触，所述焊接平面(31)的面积小于所述固定平面(32)的面积。

6.根据权利要求5所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊接平面(31)和所述固定平面(32)均为圆形，且所述焊接平面(31)和所述固定平面(32)之间采用弧形面(33)过渡。

7.根据权利要求6所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊接平面(31)的面积为S₁，所述固定平面(32)的面积为S₂，其中，4/(95π)≤S₁/S₂≤1/(2π)。

8.根据权利要求6所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊齿(3)为切顶半球形结构，所述固定平面(32)的直径D的范围为1.2mm～1.9mm；所述切顶深度H₂的范围为0.02mm～0.1mm，所述焊接平面(31)的面积S₁的范围为0.08mm²～0.6mm²。

9.根据权利要求5所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊接平面(31)和所述固定平面(32)均为多边形，所述焊接平面(31)和所述固定平面(32)之间的过渡面至少包括一个平面。

10.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，相邻两个所述焊齿(3)的中心之间的间距不大于2mm。

11.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊台(2)为柱体结构或者台体结构。

12.根据权利要求11所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊台(2)为圆柱结构、棱柱结构、圆台结构或者棱台结构。

13.根据权利要求12所述的超声焊焊头，其特征在于，当所述焊台(2)为圆柱结构或者圆台结构时，所述焊台(2)的顶面和侧面之间设置有圆角过渡面；

当所述焊台(2)为棱柱结构或者棱台结构时，所述焊台(2)上相邻两个侧面之间以及顶面和侧面之间均设置有圆角过渡。

14.根据权利要求1所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊台(2)的数量为多个，多个所述焊台(2)呈阵列排布于所述第一连接面(11)上，每个所述焊台(2)上设置有至少一个所述焊齿(3)。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的超声焊焊头，其特征在于，所述焊头本体(1)的至少一侧设置有所述第一连接面(11)。

16.一种超声焊接设备，其特征在于，包括超声波发生器、换能器、变幅杆和如权利要求1-15中任一项所述的超声焊焊头，所述超声波发生器的输出端与所述换能器相连接，所述换能器通过所述变幅杆与所述超声焊焊头相连接。