[發明專利]不同材料片材的超聲焊接

在審

• 申請號: 201710387582.7
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107521112A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: S·胡;Y·李;D·施賴弗;K·王;M·巴努;J·F·阿瑞內斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: B29C65/08
• 分類號: B29C65/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 劉楨,鄧雪萌

技術領域

本發明主要涉及超聲焊接，并且更具體地涉及通過連接不同材料片材而形成的焊接件以及形成焊接件的方法。

背景技術

在各種行業中(包括消費電子，家用產品和電器，農業，建筑設備，運輸系統等等)，焊接是連接相似和不同材料的常用方法。

不同材料可以包括不同金屬、不同聚合物或聚合物與金屬的組合。制造商可以通過將一些聚合物或復合材料與其他材料粘合來選擇有利的特征，例如質量輕、適形或可成形度高、堅固、耐用，或具有所需的質地或顏色。制品可以包括各種部件(外部，內部或裝飾特征件)，其中部件的材料被選擇并配置為耐熱和/或耐化學腐蝕性環境或者隨時間推移耐噴涂或耐化學腐蝕性。

隨著聚合物和其他低質量材料的使用增加，壓制成型和模具后連接技術(例如激光焊接和超聲焊接)的應用也越來越多普遍。一些工件(包括聚合物復合材料)具有較低的熔點，而一些工件(包括金屬)具有較高的導電性。無論是焊接一種類型還是兩種類型的工件，都很難做到并在許多情況下不可能做到在目標界面處準確快速地連接工件，而同時盡可能避免工件的其他部分被熔化。

傳統的超聲焊接技術(例如熱熔合)有很多缺點。參考附圖，更具體地參照第一個附圖(圖1)，示出了將熱塑件110與金屬件210連接以形成搭接接頭的熱熔合工藝。熱塑件110包括凸臺112，其可操作地連接到熱塑件的主體。熱塑件110的凸臺-主體組合通過例如模制成型(例如注塑成型)而得到。金屬件210包括通孔212，其可以通過在金屬件上鉆孔而得到。接著，通過對準將金屬件210與熱塑件110組裝起來，然后在熱熔合之前將凸臺112裝配到通孔212中。隨后，使用凹陷砧410對堆疊件10進行熱熔合處理312，以形成從凸臺112突起的蘑菇形帽114。通常蘑菇形帽114的直徑大于孔212的直徑，由此蘑菇形帽114和孔212相互作用，提供機械互鎖，將兩個件110，210固定在一起，從而形成焊接件20。

金屬件的孔212是沒有下切特征件的直孔。由于凸臺112必須裝配到孔212中，所以熱熔合之前在熱塑件與金屬件之間存在空間214。由于熱熔合是為了形成蘑菇形帽，所以在熱熔合之后，凸臺與孔之間的空間214仍然存在。

該技術具有以下缺點，包括但不限于，人工成本較高，與通過注塑成型形成熱塑件相關的其他成本較高。由于凸臺使熱塑件的幾何形狀變得復雜，所以必須制作具有相應特征件的模具來容納凸臺。

發明內容

本發明技術涉及一種超聲焊接技術，其包括向片材中的熱塑性聚合物施加超聲能量以填充不同材料片材中已有的孔。不同材料片材的熔化/軟化溫度高于熱塑性片材。填充不同材料片材的孔的片材的聚合物形成焊接點，以便在兩個片材之間形成機械互鎖。

所公開的方法能夠在不使用緊固件的情況下使熱塑性復合材料與不同材料片材連接。它降低了傳統的超聲熱熔合技術中與成型和處理帶凸臺的熱塑件相關的復雜性和成本。

該技術的優點包括但不限于減少了連接不同材料片材的總生產時間和成本。并且可以用本文所公開的技術形成各種接頭。

例如，由于不需要特殊的模具來形成帶凸臺的熱塑件，所以節省了時間和成本。先前需要形成具有不同凸臺構造的各種熱塑件的方法已經被各種實施例中更簡單、更劃算的方法(包括在不同材料件中鉆孔或沖孔)取代。通過連接混合材料，本文所公開的不同材料片材的超聲焊接方法適用于車輛生產中的輕量化策略。

本發明技術的其他方面將通過下文部分明確并部分說明。

附圖說明

圖1是示出了通過熱熔合方法連接兩個不同材料片材的方法的示意圖。

圖2是示出了根據本發明的一個實施例，通過超聲焊接方法連接兩個不同材料片材的方法的示意圖。

圖3A是示出了熱塑件的側面剖視圖，其中熱塑件利用凹陷砧和超聲焊極與金屬件焊接在一起。

圖3B是熱塑件的側面剖視圖，其中熱塑件利用凹陷砧和超聲焊極與第一金屬件和第二金屬件焊接在一起。

圖4A是金屬件中作為底切口特征件的帶內螺紋的盲孔的側面剖視圖。

圖4B是金屬件中作為底切口特征件的帶內螺紋的通孔的側面剖視圖。

圖4C是金屬件中帶多個槽的孔的頂視圖，其中這些槽用于增加聚合物-金屬粘合面積。

圖4D是金屬件中通孔陣列的頂視圖，這些通孔陣列用于增加聚合物-金屬粘合強度。

圖4D1是沿線1-1截取的圖4D的金屬件的側面剖視圖。