一種用于金屬薄片的超聲波焊接裝置及其焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于金屬薄片的超聲波焊接裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波焊接是將高頻振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部位，在該區(qū)域，振動(dòng)能量使待焊接工件的表面相互摩擦而形成分子層之間的交錯(cuò)滲入熔合，實(shí)現(xiàn)快速、節(jié)能、無火花、接近冷態(tài)加工的焊接；令相同或者不同加工件相結(jié)合之間在沒有產(chǎn)生氧化變化的良好狀況基礎(chǔ)上，能保持原金屬的導(dǎo)電率，可以廣泛應(yīng)用于各種金屬之間的焊接作業(yè)。中國(guó)發(fā)明專利CN 101905376 B公開了一種超聲波焊接裝置和一種超聲波焊接方法。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波焊接對(duì)于焊接面的振動(dòng)摩擦控制不夠精確，導(dǎo)致超聲波焊接相比起其它傳統(tǒng)焊接方法，焊縫質(zhì)量較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于金屬薄片的超聲波焊接裝置，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高了超聲波焊接的焊縫質(zhì)量。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005]一種用于金屬薄片的超聲波焊接裝置，包括超聲波換能器、變幅桿和焊接模具，焊接模具下方設(shè)置有焊接底座，焊接模具上方連接有液壓桿，所述變幅桿包括分離設(shè)置的第一端部和第二端部，焊接模具固定在第一端部和第二端部之間，第一端部固定在超聲波換能器上，第二端部上固定有平衡塊，第一端部和第二端部之間連接有平衡桿；焊接模具包括基座，基座固定在第一端部和第二端部之間，基座下方固定有焊接頭，焊接頭的外側(cè)滑動(dòng)套接有焊接套管，焊接套管的長(zhǎng)度大于焊接頭的長(zhǎng)度，焊接套管的直徑由上至下逐漸增大，焊接頭的內(nèi)部均勻設(shè)置有若干個(gè)第一空腔，在焊接底座的外側(cè)設(shè)置有噴氣嘴。
[0006]作為優(yōu)選，所述第一端部?jī)?nèi)同軸設(shè)置有若干個(gè)第一彈簧片，第一彈簧片中心貫穿有第一諧振桿，第一諧振桿的兩端分別固定在超聲波換能器和基座上，第一諧振桿表面設(shè)置有若干個(gè)第二彈簧片，第二彈簧片與第一彈簧片相互垂直，第一諧振桿通過第二彈簧片與第一彈簧片過盈配合。
[0007]作為優(yōu)選，所述第二端部?jī)?nèi)設(shè)置有三個(gè)第二諧振桿，第二諧振桿以第一諧振桿為軸心中心對(duì)稱設(shè)置，第二諧振桿的兩端分別與基座和平衡塊固定，三個(gè)第二諧振桿的外側(cè)套接有第三彈簧片，第三彈簧片的兩側(cè)固定有弧形彈簧片，第二諧振桿的外側(cè)套接有第一彈簧體。
[0008]作為優(yōu)選，所述平衡桿包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有第二彈簧體，第二彈簧體的一端固定有第一橡膠墊，第一橡膠墊與第一彈簧片相互接觸，第二彈簧體的另一端通過橡膠夾片固定在弧形彈簧片上。
[0009]作為優(yōu)選，所述外殼的上設(shè)置有第一調(diào)整螺栓，第一調(diào)整螺栓的底部固定有第二橡膠墊，第二橡膠墊在第一調(diào)整螺栓的帶動(dòng)下與第二彈簧體選擇性壓接。
[0010]作為優(yōu)選，所述平衡塊包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)置有若干層彈性凸起部，彈性凸起部上選擇性放置有配重塊，殼體的頂部設(shè)置有第二調(diào)整螺栓，第二調(diào)整螺栓壓接在位于最上層的配重塊上。
[0011]作為優(yōu)選，所述殼體底部設(shè)置有第三彈簧體，第三彈簧體的頂部壓接于最下層的配重塊上。
[0012]作為優(yōu)選，所述焊接頭的中心設(shè)置有第二空腔，第二空腔下方設(shè)置有橫板，橫板與第二空腔的頂部之間交叉設(shè)置有兩個(gè)第三諧振桿，橫板與第二空腔底面的距離與橫板與第二空腔頂面的距離之比為1:4。
[0013]一種上述用于金屬薄片的超聲波焊接裝置的焊接方法，包括以下步驟:
A、對(duì)焊接部位的表面進(jìn)行處理，去除氧化層，將焊接件放置在焊接底座上；
B、液壓桿帶動(dòng)焊接模具向下移動(dòng)，首先使焊接套管與焊接件相接觸，接觸壓強(qiáng)為150MPa?200MPa，焊接頭的振幅為80 μ m?150 μ m，超聲波功率為0.5kff?1.2kW，焊接時(shí)間為5s?15s，保壓時(shí)間大于焊接時(shí)間3s?5s，噴氣嘴向焊接位置噴射氮?dú)?，氮?dú)獗３质覝?，噴射流速?m/s?5m/s ；
C、液壓桿繼續(xù)帶動(dòng)焊接模具向下移動(dòng)，使焊接頭與焊接件相接觸，接觸壓強(qiáng)為550MPa?750MPa，焊接頭的振幅為10 μ m?15 μ m，超聲波功率為2.0kff?3.0kff,焊接時(shí)間為20s?30s，保壓時(shí)間大于焊接時(shí)間3s?5s，噴氣嘴向焊接位置噴射氮?dú)猓獨(dú)獗３质覝?，噴射流速?m/s?12m/s ；
D、液壓桿帶動(dòng)焊接模具向上提升，噴氣嘴向焊接位置噴射氮?dú)?，氮?dú)獗３质覝?，噴射流速?5m/s?30m/s，焊接件表面溫度降至室溫后結(jié)束。
[0014]采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于:本發(fā)明通過改進(jìn)變幅桿的結(jié)構(gòu)，提高了焊接模具振幅的控制均勻性，并且提高了對(duì)于超聲波換能器發(fā)出的振動(dòng)的傳遞效率。第一調(diào)整螺栓和第二調(diào)整螺栓可以對(duì)振動(dòng)進(jìn)行選擇性濾波調(diào)節(jié)，從而提高振幅的集中度。焊接模具由兩部分組成，在焊接時(shí)焊接套管首先與焊接表面接觸，進(jìn)行初步焊接，然后再由焊接頭與焊接套管共同完成焊接作業(yè)。與此同時(shí)加入氮?dú)獗Ｗo(hù)和控溫，可以提高焊接處的焊接均勻度，減少空腔和毛刺的出現(xiàn)。焊接頭與焊接表面接觸時(shí)，焊接套管發(fā)生擠壓型變，與焊接頭側(cè)壁的接觸面積減小，使得第一空腔對(duì)于振動(dòng)的傳遞減少，從而提高了焊接頭部分的振動(dòng)傳輸數(shù)量。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中第一端部的結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中第二端部的結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖4是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中平衡桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖5是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中平衡塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖6是本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】中焊接頭的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖中:1、超聲波換能器；2、焊接底座；3、第一端部；4、第二端部；5、平衡塊；6、平衡桿；7、液壓桿；8、基座；9、焊接頭；10、焊接套管；11、第一空腔；12、噴氣嘴；13、第一彈簧片；14、第一諧振桿；15、第二彈簧片；16、第二諧振桿；17、第三彈簧片；18、弧形彈簧片；19、第一彈簧體；20、外殼；21、第二彈簧體；22、第一橡膠墊；23、橡膠夾片；24、第一調(diào)整螺栓；25、第二橡膠墊；26、殼體；27、彈性凸起部；28、第二調(diào)整螺栓；29、第三彈簧體；30、第二空腔；31、橫板；32、第三諧振桿；33、配重塊；34、第一通氣孔；35、第二通氣孔；36、擋板；37、梯形接觸端；38、凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本發(fā)明中使用到的標(biāo)準(zhǔn)零件均可以從市場(chǎng)上購買，異形件根據(jù)說明書的和附圖的記載均可以進(jìn)行訂制，各個(gè)零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段，在此不再詳述。
[0023]參照?qǐng)D1-6，本發(fā)明一個(gè)【具體實(shí)施方式】包括超聲波換能器1、變幅桿和焊接模具，焊接模具下方設(shè)置有焊接底座2，焊接模具上方連接有液壓桿7，所述變幅桿包括分離設(shè)置的第一端部3和第二端部4，焊接模具固定在第一端部3和第二端部4之間，第一端部3固定在超聲波換能器I上，第二端部4上固定有平衡塊5，第一端部3和第二端部4之間連接有平衡桿6 ;焊接模具包括基座8，基座8固定在第一端部3和第二端部4之間，基座8下方固定有焊接頭9，焊接頭9的外側(cè)滑動(dòng)套接有焊接套管10，焊接套管10的長(zhǎng)度大于焊接頭9的長(zhǎng)度，焊接套管10的直徑由上至下逐漸增大，焊接頭9的內(nèi)部均勻設(shè)置有若干個(gè)第一空腔11，在焊接底座2的外側(cè)設(shè)置有噴氣嘴12。第一端部3內(nèi)同軸設(shè)置有若干個(gè)第一彈簧片13，第一彈簧片13中心貫穿有第一諧振桿14，第一諧振桿14的兩端分別固定在超聲波換能器I和基座8上，第一諧振桿14表面設(shè)置有若干個(gè)第二彈簧片15，第二彈簧片15與第一彈簧片13相互垂直，第一諧振桿14通過第二彈簧片15與第一彈簧片13過盈配合。第二端部4內(nèi)設(shè)置有三個(gè)第二諧振桿16，第二諧振桿16以第一諧振桿14為軸心中心對(duì)稱設(shè)置，第二諧振桿16的兩端分別與基座8和平衡塊5固定，三個(gè)第二諧振桿16的外側(cè)套接有第三彈簧片17，第三彈簧片17的兩側(cè)固定有弧形彈簧片18，第二諧振桿16的外側(cè)套接有第一彈簧體19。平衡桿6包括外殼20，外殼20內(nèi)設(shè)置有第二彈簧體21，第二彈簧體21的一端固定有第一橡膠墊22，第一橡膠墊22與第一彈簧片13相互接觸，第二彈簧體21的另一端通過橡膠夾片23固定在弧形彈簧片18上。外殼20的上設(shè)置有第一調(diào)整螺栓24，第一調(diào)整螺栓24的底部固定有第二橡膠墊25，第二橡膠墊25在第一調(diào)整螺栓24的帶動(dòng)下與第二彈簧體21選擇性壓接。平衡塊5包括殼體26，殼體26內(nèi)設(shè)置有若干層彈性凸起部27，彈性凸起部27上選擇性放