[發明專利]用于通過扭轉超聲波焊接與構件連接的附件

有效

• 申請號: 201010250815.7
• 申請日: 2010-04-27
• 公開（公告）號: CN102009475A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: D·布克;A·索特納;H·戈爾斯;R·芬澤爾;A·赫爾芬伯格
• 申請（專利權）人: 佛吉亞汽車外飾有限責任公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08;B06B3/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李永波;汲長志

本發明涉及一種附件，具有至少一個為與構件焊接而設的焊點，利用已知的扭轉超聲波焊接方法進行焊接，其中將超聲焊極放在焊點上以用于傳導產生焊接過程的振動，從而附件與構件之間的分界面熔化并且附件與構件焊接在一起。

用來使塑料構件連接的一種已有技術就是焊接，為此要利用各種各樣的能量輸入方法，例如摩擦焊接或者超聲波焊接。

尤其在汽車外飾應用領域，由于有若干方法可在注塑成型過程中實現新的材料特性，目前常見的可加工壁厚范圍＞＝3.0mm。由于價格原因，通常所使用的材料是滑石粉增強的聚丙烯。

由于壁厚很薄，能降低構件的成本和重量。但是與其它工程塑料相比，聚丙烯在負荷作用下有蠕變能力，并且具有很小的彈性模量，但是對構件焊接的要求卻沒有變化，即焊接復合材料構件上每一個焊點的保持力應＞200N，因此通常無法以沒有缺陷的方式將這些構件連接在一起。有兩種影響因素妨礙進行無瑕疵焊接：

1)工藝原因引起的缺陷

透過構件輸入熔化能量使得分界面緊密連接，由于存在振動差異，表面會在構件冷卻過程中變形而形成缺陷。

2)負荷引起的缺陷

如果構件厚度以及材料的彈性模量太小，焊接時呈點狀施加到復合材料構件之中的作用力會在表面上引起可見的變形，表面將在所施加的應力負荷下屈服，并且形成可見的缺陷。

EP?1?930?148?A1以及尚未公布的DE?10?2009?011273?A1均描述了能夠防止這種效應的扭轉超聲波焊接方法，即使得位于超聲焊極下方的構件進入超聲頻率范圍的旋轉振動。通過上方的構件傳遞振動，并且在上、下構件之間的分界面中將振動直接轉變為熱量。上方的構件盡管會因其內部衰減而發熱，但卻并不熔化。這樣一方面可減少作用于下方構件的熱量，另一方面還可將用來傳遞作用力的有效點狀連接面轉變成直線狀和/或者平面狀連接。結果也能使壁厚小于3.0mm的聚烯烴材料實現無瑕疵連接，從而能夠避免產生缺陷。

本說明書中所述的上方構件和附件以及下方構件和構件均指相同的物體。將超聲焊極放在附件或者上方構件上，將位于附件下方的構件與附件焊接在一起。

對現有技術的評價

被稱作扭轉焊接的超聲波焊接技術迄今為止只能應用于比較小而輕的構件。如果要嘗試將較大的平面構件置于振動狀態，那么面的慣性矩通常會大到無法傳導振動的程度。待焊接零件對輸入角動量的阻力很大，使得能量不會傳遞到分界面之中，而是已經在上方構件中釋放出能量。超聲焊極會在構件上焊住，構件之間的分界面保持未焊接狀態，無法使得構件連接。其原因在于，構件的面積在慣性矩方程中是二次項，而構件的質量則與慣性矩成正比。

本發明的任務在于，對按權利要求1前序部分所述的大尺寸的平面的附件進行適當改進，從而能夠通過扭轉超聲波焊接將其與構件焊接在一起。本發明的任務還在于，利用扭矩振動來焊接大尺寸平面零件。

采用權利要求1所述的特征，即可解決這個任務。

按照本發明的建議，附件上的焊點與附件的其余表面在振動技術上(schwingungstechnisch)是分離的(entkoppelt)。這樣就會將超聲焊極所輸入的能量盡可能傳遞到焊點上，且不會在附件的其余表面中釋放能量。這樣就能將輸入能量盡可能傳遞到附件與構件之間的分界面上，從而使其熔化，并且將附件與構件焊接在一起。超聲焊極不會在附件上焊住。

在第一種實施例中，建議利用減薄和/或者貫穿部分使焊點與其余表面分離，在制造附件時很容易制作這些減薄和/或者貫穿部分。如果是塑料零件，則可以將這些減薄和/或者貫穿部分整合在注塑模具之中。在任何情況下均通過這些減薄和/或者貫穿部分使得焊點與附件的其余表面在振動技術上是分離的。

最好將減薄和/或者貫穿部分同軸布置在焊點周圍，從而焊點在所有方向上是分離的。

在一種實施例中，減薄部分是環槽，環槽同軸地圍繞焊點。通常應適當選擇減薄部位的深度，使得一方面足以起到隔離作用，另一方面又能使得焊點與附件的其余表面具有足夠強度。

減薄部位能夠在其深度上從初始深度至最終深度始終增加或減小，這樣就能精確調整振動特性。

適宜將減薄和/或者貫穿部分相互錯置。采用這種措施也能精確調整振動特性。

在另一種首選實施例中，焊點被U形減薄部分或者貫穿部分所包圍，這樣可使得焊點在一側與附件的其余表面完全連接。

在另一種實施例中，焊點被沿周向圍繞焊點布置且在橫斷面中彎曲或呈曲折形的減薄部位所包圍，焊點因此幾乎能夠在附件中自由振動，不會將振動傳遞給附件的其余表面。