[發明專利]大功率超聲波轉換器及其制造方法

有效

• 申請號: 200980113629.4
• 申請日: 2009-02-19
• 公開（公告）號: CN102006944A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 尤多·赫恩沙爾;埃里克·布拉姆
• 申請（專利權）人: 米爾基希斯沃克有限責任公司
• 主分類號: B06B1/08
• 分類號: B06B1/08;B06B3/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種超聲波轉換器，包括一個超聲波喇叭形輻射體和一個磁致伸縮式激勵器，其中，激勵器與超聲波喇叭形輻射體面朝它的接觸面連接，以及涉及一種用于在這種超聲波轉換器的超聲波喇叭形輻射體與磁致伸縮式激勵器之間建立持久連接的方法。

在超聲波轉換器領域已知的現有技術中，作為謀求超聲波振蕩的激勵器，或動用壓電式或動用磁致伸縮式激勵器。前者有效率高的優點，但其缺點是有限的輸出功率，因為壓電材料拉伸強度低。與之相比，采用磁致伸縮式超聲波轉換器可以產生較大的輸出功率，然而在這里應考慮到有效率比較低、工作中產生的廢熱量大以及結構復雜或生產過程成本高等缺點。

在設計磁致伸縮式超聲波轉換器時存在的疑難問題是，磁致伸縮材料必須以恰當的方式與超聲波喇叭形輻射體連接，在現有技術中所述的連接大多借助釬焊法，尤其借助硬釬焊法實現。

例如由WO2004/105085A1和WO2006/055368A2已知上述類型的磁致伸縮式超聲波轉換器。

在這些超聲波轉換器中，激勵器由多塊用磁致伸縮性材料制的板(以下稱為磁性板)組成，它們借助硬釬焊法固定釬焊在超聲波喇叭形輻射體的凹槽內或超聲波喇叭形輻射體的表面上。磁性板恰當的幾何形狀允許給這些板施加交變磁場。此外，上述出版物中介紹的超聲波轉換器，在磁性板中設有例如中心孔以及設有一個適用的線圈裝置，通過它們在線圈恰當供電時，利用磁致伸縮的效果，可以激勵磁性板構成孔邊界的兩個邊在超聲波頻帶內振蕩。這種振蕩然后由磁性板傳給超聲波喇叭形輻射體，以及在超聲波喇叭形輻射體內部進一步導引，直至其振蕩頭。然而在此現有技術中也出現磁致伸縮式超聲波轉換器上面已指出的缺點。

此外，由DD59963A已和一種機電轉換器與超聲波傳感器的耦合元件和工具的連接方法，其中，磁致伸縮式轉換器的板疊，為了達到盡可能低損耗地耦合，借助電子束焊與超聲波傳感器平的端面連接。這一方面需要電子束高的能量，使板疊在整個端面的區域內與之焊接。另一方面業已證實這種連接技術不是特別穩定，因為板疊僅固定在平的表面上。

最后，EP0468125A2還公開了一種超聲波喇叭形輻射體，其中，兩個彼此相連的部分借助電子束或激光束焊連接。

以此為背景，本發明的目的是，提供一種前言所述類型但特性更佳的超聲波轉換器。此外本發明涉及一種用于在這種超聲波轉換器的超聲波喇叭形輻射體與磁致伸縮式激勵器之間建立持久連接的方法。

此目的通過按權利要求1所述的超聲波轉換器以及通過按權利要求8所述的方法達到。

除前言已提及的特征外，按本發明規定，激勵器與超聲波喇叭形輻射體在接觸面區域內借助電子束焊和/或激光束焊連接，以及，接觸面由至少一個安裝槽的槽底構成，安裝槽容納激勵器超聲波喇叭形輻射體一側的端部，以及，所述至少一個安裝槽設計在超聲波喇叭形輻射體面朝激勵器那個端部的基座狀隆凸內，以及，基座狀隆凸的高度大于設計在其中的安裝槽的深度。

在按本發明的方法中，除上述特征外補充規定，將電子束或激光束定向或導向為，使它在接觸面的高度上并與之平行地，通過基座狀隆凸的側面界壁，進入設計為實心的超聲波喇叭形輻射體內。

在本發明的范圍內尤其表明，磁致伸縮式超聲波轉換器前言列舉的疑難問題，相當重要的部分源于激勵器與超聲波喇叭形輻射體之間按現有技術采用的釬焊連接，所以按本發明以及按本發明制造的超聲波轉換器的特征尤其在于，效率更高、廢熱量較小以及多個在下面還要詳細討論的其他優點。

按本發明的超聲波轉換器的第一個優點可認為是，按本發明使用在接觸面區域內的電子束焊或激光束焊工藝方法提供可能性，在制成按本發明的焊接前，超聲波喇叭形輻射體、超聲波喇叭形輻射體的接觸面和/或激勵器磁致伸縮的材料可以經受單獨的熱處理，確切地說，與之相關聯的優點不會在以后制造激勵器與超聲波喇叭形輻射體之間的持久連接時事后重新消失或受不利的影響。

相比之下，由現有技術已知的硬釬焊法存在的缺點是，硬釬焊所需要的在約750℃范圍內的溫度，有害地重新改變了超聲波喇叭形輻射體和/或激勵器磁致伸縮材料事先通過昂貴的熱處理造成的材料組織，從而使成品超聲波轉換器不再完全具有所述構件先前熱處理的優點。反之，也包括與其他焊接方法相比，在電子束焊或激光束焊時給超聲波轉換器施加的溫度較低，以及限于一個很小的范圍。