[發明專利]一種單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置

有效

• 申請號: 201410740248.1
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104439683A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 殷振;齊芳娟;劉威;汪幫富;曹自洋;李華;李艷;陳玉榮;徐帖;吳雷
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: B23K20/10
• 分類號: B23K20/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到超聲振動金屬焊接技術領域，尤其是涉及一種利用單激勵超聲橢圓振動的超聲振動金屬焊接裝置。

背景技術

超聲波作為一種機械振動，同時也是能量傳遞的載體，在實際生產、生活中得到了廣泛應用。目前超聲波在焊接領域的應用也越來越廣泛，相繼出現了超聲波塑料焊接、超聲波金屬焊接、超聲波釬焊、電弧超聲焊接技術、超聲-TIG復合焊接以及超聲-MIG?復合焊接等一系列新技術。

超聲波金屬焊接是由50Hz低頻電流轉換成15～20KHz高頻電流，高頻電能經過焊接機換能裝置轉換成機械振動能量在一定的靜壓力作用下，使金屬表面之間形成摩擦將物體表面和氧化物分散開并不改變其自身的金相組織的一種同種金屬或者異種金屬表面分子之間的相互滲透相互擴散的固相焊接方法，焊接過程中金屬表面并沒有達到熔點，但在機械振動摩擦作用下產生大量的熱量，因此需要在每一次的焊接后必須保證焊頭和焊座的充分冷卻，從而建立一個干凈、可控的、擴散的焊層。

超聲橢圓振動在超聲振動切削、超聲焊接、超聲研磨、超聲拋光、直線超聲電機和旋轉超聲電機等領域具有較廣泛的應用。目前研究人員大多采用縱向振動、扭轉振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式進行復合來產生超聲橢圓振動，需要采用兩組或兩組以上的壓電陶瓷片來激發產生具有一定相位差的兩個或多個振動模態，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅動電源信號，且需要控制各路超聲驅動電源信號之間的相位差，超聲振動系統和控制系統結構復雜，制造難度大、控制難度高、生產成本高、不易實現微型化、工作性能不夠穩定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業生產中的應用與推廣。

為了進一步提高超聲波金屬焊接的效果和焊接效率，并充分發揮單激勵超聲橢圓振動的優勢，本發明研究了一種新型的單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置。

發明內容

本發明提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置，目的是為了充分發揮單激勵超聲橢圓振動的優勢、提高超聲金屬焊接的效果和焊接效率。

一種單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置，包括加壓裝置、超聲振動隔離裝置、殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器、設置在橢圓振動模態轉換器前端的振動頭、設置在振動頭下方的上聲極、下聲極和超聲電源；超聲振動隔離裝置設置在加壓裝置和振動頭之間，用于隔離加壓裝置對振動頭等超聲振動系統的影響；上聲極通過焊接或者螺釘聯接設置在振動頭的下方，下聲極設置在待焊接工件的下方，與上聲極同軸相對設置；所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有與殼體單元聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊,?構成了超聲振動換能器的能量轉換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號轉換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。

所述的橢圓振動模態轉換器和前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態轉換器焊接設置在前蓋板的前端。橢圓振動模態轉換器包括直梁和斜梁構成的復合結構，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲換能器的前蓋板聯接，另一端懸伸；斜梁的一端和超聲換能器的前蓋板偏離中心軸線的一側聯接，另一端和直梁的中間部位聯接，斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成0-90度夾角，直梁和斜梁與超聲換能器前蓋板的聯接處均為圓弧過渡聯接。斜梁的幾何中心軸線和直梁的幾何中心軸線所形成的平面與振動頭的幾何中心軸線垂直。

橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器前端后構成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，橢圓振動模態轉換器為直梁和斜梁復合結構的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；由于斜梁結構的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜梁后，在斜梁根部分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，當斜梁分解的縱向振動分量和彎曲振動分量傳遞到直梁后，和直梁上傳播的縱向振動相復合，最終在直梁末端形成具有一定相位差的縱向振動分量和彎曲振動分量復合的超聲橢圓振動。