專利名稱：用于管子擠壓和密封的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于管子擠壓和密封的方法，尤其是一種例如供冷卻技術(shù)設(shè)備使用的金屬管，其中管子設(shè)置在超聲焊接設(shè)備的超聲焊極和該超聲焊極所屬的對(duì)應(yīng)電極如砧之間，激勵(lì)超聲焊極并使其相對(duì)于對(duì)應(yīng)電極移動(dòng)，從而將管子擠壓并進(jìn)行密封。
背景技術(shù)：
在例如測(cè)量或冷卻技術(shù)領(lǐng)域中的器具和設(shè)備中使用管子，管子首先抽真空，而后注滿冷卻氣體。為此，管子與連接器相連。在注滿后，管子在連接器側(cè)的一段要切除。為此要求將通向諸如冰箱或空調(diào)的設(shè)備或者器具的管子液體密封地封閉。
由現(xiàn)有技術(shù)已知一種擠壓和硬焊方法。另外，也可以采用粘接技術(shù)，其中將已充滿的管子用本身與管子粘接的蓋封閉。
如果液體密封的封閉借助于硬焊進(jìn)行，那么不利的是如果管子沒有預(yù)先壓封，導(dǎo)致在涂敷的焊料中形成漏洞，這些漏洞會(huì)被管子中滲漏的氣體貫穿，從而造成泄漏。不依賴于此，可以使用一種相應(yīng)的只用含氯氟烴流體的技術(shù)，因?yàn)檫@種流體是不能燃燒的。
目前，含氯氟烴基本上被異丁烷所替代，但是后者具有高度易爆炸性。因此硬焊將不再可行。因此實(shí)施超聲焊接，采用該工藝可以在一道工序內(nèi)對(duì)那些首先抽真空而后充滿冷卻氣體的管子進(jìn)行擠壓和液體密封地封閉。
在那些已知的用于管子液體密封地封閉的超聲焊接設(shè)備中使用了超聲焊極，超聲焊極具有第一焊接面，在其旁邊還有一個(gè)切割元件。相應(yīng)的所屬的對(duì)應(yīng)電極-也稱為砧-具有與第一焊接面對(duì)應(yīng)相配的第二焊接面，在該焊接面旁邊有與切割元件對(duì)應(yīng)相配的對(duì)應(yīng)元件、如棱邊。
對(duì)于上述根據(jù)WO-A-03 07 6116的方法，能在不更換工具或移動(dòng)超聲焊接設(shè)備的條件下將管子的一段進(jìn)行分割，而且其液體密封的封閉與待分割的管段在哪一側(cè)延伸無關(guān)。
超聲焊接設(shè)備的焊接參數(shù)必須根據(jù)例如管子的直徑、壁厚和材料分別調(diào)節(jié)，這樣才能在要求的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)擠壓和密封或焊接。
由EP-B-0 723 713公開了一種擠壓并接著焊接電導(dǎo)體的方法和裝置。為不依賴于橫截面實(shí)現(xiàn)規(guī)定的焊接，更確切地說當(dāng)依次焊接不同橫截面的隨機(jī)順序的導(dǎo)體時(shí)，首先將引入壓縮室中的導(dǎo)體壓緊，而后確定容納擠壓導(dǎo)體的壓縮室的特征參量。然后基于這些特征參量、如壓縮室的高度或?qū)挾葋碚{(diào)用所存儲(chǔ)的焊接參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于對(duì)開頭所述類型的方法進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管子的自動(dòng)化擠壓和密封，而不需要在超聲焊接設(shè)備中預(yù)先分別輸入管子的數(shù)據(jù)。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明主要提出-在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間設(shè)置和固定管子；-對(duì)于固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間的管子確定管子的至少一個(gè)特征參量；-根據(jù)所述至少一個(gè)特征參量調(diào)用所儲(chǔ)存的焊接參數(shù)；-激勵(lì)超聲焊極，并使超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極相互相向運(yùn)動(dòng)，從而擠壓和密封管子。
按本發(fā)明提供了這樣的方案，不必為接下去使用所要求的對(duì)于按規(guī)定的擠壓和焊接或者密封所必要的焊接參數(shù)和壓力而預(yù)先向超聲焊接設(shè)備輸入擠壓和焊接、也就是密封擠壓的管端所要求的數(shù)據(jù)就能借助于超聲焊接設(shè)備自動(dòng)擠壓和密封或者焊接管子。更確切地說，在將管子固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間后確定了至少一個(gè)特征參量，而后根據(jù)該參量由例如存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)使用超聲焊接設(shè)備的參數(shù)，從而可以按照要求擠壓和密封或者焊接擠壓的管子。
這些特征參量例如可以是管子的外直徑，該外直徑如此確定，例如通過位移傳感器來確定超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間的距離。
但是最好測(cè)定多個(gè)特征參量。例如除外直徑之外，對(duì)于導(dǎo)電管還可以測(cè)定管的導(dǎo)電性和/或壁厚。其中壁厚的測(cè)量可以通過超聲、如根據(jù)脈沖回波方法來實(shí)現(xiàn)。
但是作為特征參量也可以考慮特定的材料特性如形狀變形功或者斷面收縮率。為確定這些特征參量，在此例如可以用給定的力或者壓力使超聲焊極相對(duì)于對(duì)應(yīng)電極進(jìn)行移動(dòng)，或者也可以相反使對(duì)應(yīng)電極相對(duì)于超聲焊接進(jìn)行移動(dòng)，然后根據(jù)實(shí)現(xiàn)的位移變化來推斷管子的材料特性。在此在移動(dòng)時(shí)，還可以將超聲施加到管子上，從而實(shí)現(xiàn)更大的位移變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更為精確的測(cè)量。
當(dāng)然，事先必須根據(jù)對(duì)不同尺寸和/或材料的管子進(jìn)行的多次測(cè)量獲取并存儲(chǔ)足夠多的數(shù)據(jù)，從而由所獲得的表格可以獲取對(duì)于在當(dāng)前焊接過程中與管子相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在相應(yīng)的表格中，特別作為焊接參數(shù)根據(jù)管子直徑和/或壁厚和/或管子材料存儲(chǔ)了焊接能量、焊接振幅、焊接時(shí)間和焊接壓力。
根據(jù)本發(fā)明，為獲取要存儲(chǔ)的焊接參數(shù)，將一個(gè)或多個(gè)考慮置于超聲振動(dòng)中的超聲焊極的能量、力或者功率的時(shí)間變化的調(diào)節(jié)曲線在確定待擠壓和密封的標(biāo)準(zhǔn)管的特征參量如直徑和/或壁厚的情況下進(jìn)行記錄，將此后要擠壓和焊接的直徑未知和/或壁厚未知的管的實(shí)際曲線與如此獲取的調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行比較，并在與調(diào)節(jié)曲線一致的情況下將與此對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)用于管子的擠壓和焊接。在此調(diào)節(jié)曲線加寬了一個(gè)公差帶，然后待擠壓和焊接的管子的實(shí)際曲線就符合了調(diào)節(jié)曲線。
特別的，本發(fā)明的特征還在于調(diào)節(jié)曲線對(duì)應(yīng)于焊接參數(shù)如壓力、焊接持續(xù)時(shí)間或者能量輸入，這些焊接參數(shù)獲取用于擠壓和焊接標(biāo)準(zhǔn)管，該標(biāo)準(zhǔn)管在記錄調(diào)節(jié)曲線時(shí)使用，其中為了焊接未知尺寸的管記錄了實(shí)際曲線，并且該實(shí)際曲線符合多條調(diào)節(jié)曲線中的一條，并且其中未知尺寸的管子的擠壓和焊接基于相應(yīng)調(diào)節(jié)曲線所屬的焊接參數(shù)進(jìn)行。


本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特征不僅從權(quán)利要求、由權(quán)利要求獲得的特征-單獨(dú)和/或特征的組合-獲得，而且也可從以下對(duì)附圖中優(yōu)選的實(shí)施例的說明中獲得。
附圖示出圖1示出了超聲焊機(jī)的原理圖；圖2示出了功率-時(shí)間曲線圖具體實(shí)施方式
圖1示出了一臺(tái)超聲焊機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，該超聲焊機(jī)作為主要部件包括超聲焊極10、轉(zhuǎn)換器12以及控制器14。在實(shí)施例中，超聲焊極10和轉(zhuǎn)換器12之間布置了放大器14，它作為振幅轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)期望的振幅范圍，同時(shí)用于使振動(dòng)系統(tǒng)中的振動(dòng)性能總體上穩(wěn)定。
超聲焊極10具有超聲焊極頭16，該超聲焊極頭具有相對(duì)置的工作或焊接面18和20。在本實(shí)施例中，工作或焊接面18與稱為砧的對(duì)應(yīng)電極22相對(duì)應(yīng)，在二者之間布置例如銅制的管子24，以對(duì)管子進(jìn)行擠壓和密封，也就是焊接。同時(shí)在必要時(shí)也可以將管子在一側(cè)進(jìn)行分割。為此，以慣常的方式為超聲焊極頭16或工作面18、20以及對(duì)應(yīng)電極22配設(shè)切割邊，以實(shí)現(xiàn)管段的剪斷。
控制器14通過接頭26供給頻率轉(zhuǎn)換為諸如20kHz的電源電壓。然后轉(zhuǎn)換器12將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能，其中機(jī)械振動(dòng)頻率與控制器14的電子頻率相應(yīng)。在超聲焊極10和轉(zhuǎn)換器12之間連接的放大器14用于前述轉(zhuǎn)換器12和超聲焊極10之間的振幅轉(zhuǎn)換?？刂破?4通過控制導(dǎo)線15與轉(zhuǎn)換器12相連。
管24擠壓和密封的質(zhì)量基本上取決于超聲焊極頭16的振幅、焊接壓力(工作壓力)、焊接能量、壓縮量以及焊接時(shí)間。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，相關(guān)的數(shù)據(jù)根據(jù)管24的外直徑、壁厚和材料分別輸入到控制器14中，然后執(zhí)行擠壓和焊接工序，并在必要時(shí)通過超聲焊極頭16與砧或?qū)?yīng)電極22的相互作用來分割管段。根據(jù)本發(fā)明，在控制器14或圖中未示出的計(jì)算機(jī)中根據(jù)待擠壓和待焊接的管、也就是其直徑、壁厚以及材料作為例如一些特征參量存儲(chǔ)多個(gè)焊接參數(shù)，這些焊接參數(shù)例如包括超聲焊極10或工作面18、20的振幅、焊接壓力、能量和焊接時(shí)間以及壓縮量。
在將需要焊接的管子24布置到砧(對(duì)應(yīng)電極22)和超聲焊極10的第一工作面18之間、并將超聲焊極10朝著第二電極22、也就是一個(gè)周邊上的砧的方向下降，直至管子24在第一和第二電極18、22之間固定后，就確定了超聲焊極10和對(duì)應(yīng)電極22之間的距離，由此計(jì)算出管24的外直徑。該距離可以通過位移傳感器檢測(cè)，其中將相關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線28輸入控制器14或者計(jì)算機(jī)。此外，還能測(cè)定管子24的材料特性，并同樣通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線28輸入控制器14或者計(jì)算機(jī)中。作為材料特征值例如是強(qiáng)度、電阻或者壁厚，其在將管子24固定在超聲焊極10和對(duì)應(yīng)電極22或者其焊接面之間以后進(jìn)行測(cè)定。強(qiáng)度可以如此確定，在管子24固定后，將超聲焊極10以給定的壓力向?qū)?yīng)電極22的方向移動(dòng)。根據(jù)移動(dòng)距離可以推出管子24的材料。同樣可以確定管子24的電阻。例如可以利用第二對(duì)應(yīng)電極22的區(qū)域中存在的傳感器借助于超聲來測(cè)量管24的壁厚。其它合適的測(cè)量方法同樣可以使用。
不依賴于此，基于上述方法示例性地給出的措施獲得的管子24的特征值調(diào)用存儲(chǔ)在控制器14或計(jì)算機(jī)中的參數(shù)，這些參數(shù)特別包括超聲焊極10的振幅、焊接壓力、焊接能量、壓縮量以及焊接時(shí)間，從而相應(yīng)地激勵(lì)超聲焊極10，或者使超聲焊極10朝著對(duì)應(yīng)電極22的方向、也就是朝著砧的方向移動(dòng)。在此，管子24就在要求的范圍內(nèi)擠壓和密封、也就是焊接。同時(shí)也可以將不需要的管段剪除。
在圖2中，借助于功率-時(shí)間曲線圖示出了，如何通過變形曲線來計(jì)算特征參數(shù)，并由此自動(dòng)完成管子的擠壓和焊接。
由此在圖2中示出了在計(jì)算一種已知的具有確定直徑和確定壁厚的管子的調(diào)節(jié)曲線時(shí)功率W隨時(shí)間t變化的關(guān)系。曲線30有兩個(gè)特征峰32、34，其中當(dāng)超聲焊極10朝對(duì)應(yīng)電極22的方向下降，使得待測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)管夾緊在其之間，也就是可以確定外直徑時(shí)，第一峰32出現(xiàn)。在此第一峰32的位置取決于管子直徑。當(dāng)超聲焊極10向著對(duì)應(yīng)電極22繼續(xù)下降或繼續(xù)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，功率在首次下降后出現(xiàn)上升，從而到達(dá)第二峰34。第二峰34的位置取決于管子的壁厚。隨后進(jìn)行的是管子的擠壓和密封，這在功率方面通過下降的曲線段36表示。
現(xiàn)在為多個(gè)不同直徑和壁厚的管子記錄相應(yīng)的也稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線的功率-時(shí)間曲線30，從而使公差帶38、40與相應(yīng)的調(diào)節(jié)曲線對(duì)應(yīng)。
如果需要對(duì)未知直徑和壁厚的管子進(jìn)行擠壓和密封，則記錄實(shí)際曲線，并使其符合一條調(diào)節(jié)曲線。然后基于相應(yīng)的調(diào)節(jié)曲線，將焊接參數(shù)如壓力、焊接持續(xù)時(shí)間或能量輸入從存儲(chǔ)的表格中調(diào)用，從而就能實(shí)現(xiàn)對(duì)未知直徑和壁厚的管子進(jìn)行按規(guī)定的擠壓和密封。
換言之，首先進(jìn)行一種自學(xué)習(xí)模式，以為不同管直徑如4、6、8、12mm以及不同壁厚如0.6mm-1mm記錄與曲線30相應(yīng)的調(diào)節(jié)曲線，然后確定并保存公差帶。然后將未知直徑和壁厚的管子定位在超聲焊極10和對(duì)應(yīng)電極22之間，超聲焊極10和對(duì)應(yīng)電極22相向運(yùn)動(dòng)，然后根據(jù)實(shí)際曲線中出現(xiàn)的峰計(jì)算管直徑和壁厚，并將相應(yīng)的值與調(diào)節(jié)曲線的值進(jìn)行比較。對(duì)于在調(diào)節(jié)曲線中存在相應(yīng)值的情況，調(diào)用按規(guī)定擠壓和密封所需要的參數(shù)(焊接模式)。
權(quán)利要求
1.用于擠壓和密封管子的方法，該管子尤其是例如用于冷卻設(shè)備的金屬管，其中該管子設(shè)置在超聲焊接設(shè)備的超聲焊極和配置于該超聲焊接的對(duì)應(yīng)電極如砧之間，激勵(lì)超聲焊極，并使超聲焊極相對(duì)于對(duì)應(yīng)電極進(jìn)行移動(dòng)，以擠壓和密封管子，其特征在于具有如下工藝步驟，-將管子布置和固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間；-對(duì)于固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間的管子確定管子的特征參量；-根據(jù)特征參量調(diào)用存儲(chǔ)的焊接參數(shù)；-激勵(lì)超聲焊極，并使超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極相互作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管子的擠壓和密封。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于作為特征參量在將所述管子固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間的情況下確定超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間的距離。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于作為特征參量確定所述管子的導(dǎo)電能力。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于作為特征參量確定所述管子的壁厚。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于作為特征參量確定所述管子的變形度。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為確定變形度，測(cè)量為使超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極相對(duì)運(yùn)動(dòng)一給定位移所施加的壓力。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述超聲焊極相對(duì)于對(duì)應(yīng)電極進(jìn)行移動(dòng)期間，最好通過超聲來激勵(lì)超聲焊極。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于最好借助于超聲確定所述壁厚。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于確定多個(gè)特征參量，并以此為基礎(chǔ)調(diào)用存儲(chǔ)的焊接參數(shù)。
10.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述管子擠壓和密封后，將管子的一段分離如剪斷。
11.按前述權(quán)利要求至少一項(xiàng)所述的方法，其特征在于為獲取待存儲(chǔ)的焊接參數(shù)，將一個(gè)或多個(gè)考慮置于超聲振動(dòng)中的超聲焊極的能量、力和/或功率的時(shí)間變化的調(diào)節(jié)曲線在確定待擠壓和密封的標(biāo)準(zhǔn)管的特征參量如直徑和/或壁厚的情況下進(jìn)行記錄，將此后要擠壓和密封的直徑未知和/或壁厚未知的管的實(shí)際曲線與如此獲取的調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行比較，并在考慮必要時(shí)給定的公差時(shí)在與調(diào)節(jié)曲線一致的情況下將配置于調(diào)節(jié)曲線的焊接參數(shù)用于管子的擠壓和焊接。
12.至少按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將所述實(shí)際曲線與以一個(gè)公差帶加寬的調(diào)節(jié)曲線進(jìn)行比較。
13.至少按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述調(diào)節(jié)曲線對(duì)應(yīng)于焊接參數(shù)如壓力、焊接持續(xù)時(shí)間和/或能量輸入，獲取這些焊接參數(shù)用于標(biāo)準(zhǔn)管的擠壓和焊接，標(biāo)準(zhǔn)管在記錄調(diào)節(jié)曲線期間使用，其中為焊接未知尺寸的管記錄一條實(shí)際曲線，并且使該實(shí)際曲線符合多條調(diào)節(jié)曲線中的一條，并且將未知尺寸的管根據(jù)配置于相應(yīng)的調(diào)節(jié)曲線的焊接參數(shù)進(jìn)行擠壓和焊接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于擠壓和密封管子的方法，其中該管子(24)設(shè)置在超聲焊接設(shè)備的超聲焊極(10)和所屬的砧(22)之間，激勵(lì)超聲焊極，并使超聲焊極相對(duì)于對(duì)應(yīng)電極進(jìn)行移動(dòng)，以擠壓和密封管子。為了實(shí)現(xiàn)管子的自動(dòng)擠壓和密封，而無需事先單獨(dú)將管子的數(shù)據(jù)輸入超聲焊接設(shè)備中，提出將管子布置和固定在超聲焊極和對(duì)應(yīng)電極之間；對(duì)于固定在超聲焊極和砧之間的管子確定管子的特征參量；根據(jù)至少一個(gè)特征參量調(diào)用存儲(chǔ)的焊接參數(shù)；激勵(lì)超聲焊極，并使超聲焊極和砧相互作相向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管子的擠壓和密封。
文檔編號(hào)B29C65/74GK1910006SQ200580002078
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月7日
發(fā)明者H·弗蘭克, D·奈斯 申請(qǐng)人:斯塔普拉超聲波技術(shù)有限責(zé)任公司