一种超声波连续焊接系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种超声波连续焊接系统及方法，涉及超声波焊接领域；针对目前超声波焊接时形成的焊接质量和焊缝强度无法满足需求的问题，通过配置可调压力的超声波焊头和保压块，并能够对保压时间进行调整，实现超声波连续焊过程中的保压工艺过程，获得均匀的焊缝厚度和强度分布，提高焊接质量和焊接强度。提高焊接质量和焊接强度。提高焊接质量和焊接强度。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波连续焊接系统及方法


[0001]本专利技术涉及超声波焊接领域，具体涉及一种超声波连续焊接系统及方法。

技术介绍

[0002]高性能热塑性复材在飞机机体、机翼和整流罩等关键结构部件的应用越来越广泛，热塑性复合材料的加热熔融
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冷却固化过程是可逆的，这一特点使得热塑性复材可以通过焊接的方式进行连接，而超声波焊接是一种重要的热塑性材料连接方式，其主要工作机理是在高频率超声波作用下，待连接两个部件的界面处产生高频机械振动，致使界面处的热塑性树脂在高频率分子摩擦和界面摩擦下生热融合，并在冷却后形成焊缝。超声波焊接具有效率高、稳定性好的特点，但是传统热塑性复材的超声波焊接采用点焊的方式，只适用于焊接小尺度焊接连接面，而对于中、大尺度热塑性复材构件的连接只局限于间断式的焊接，这导致两个热塑性复材的连接界面无法实现完全连接和密封，影响了连接接头的强度、耐湿热老化和疲劳性能等。连续性超声波焊接能够克服上述点焊的缺点，但目前的超声波连续焊接技术仍存在较多问题。
[0003]中国专利(公开号：CN 111070697)中公开了一种热塑性复材连续化超声焊接设备。该设备通过在焊接过程中移动固定有热塑性复材部件的支撑台来实现连续性超声波焊接。但是，在超声波焊接完成以后的冷却过程中保持对焊合区的下压力所实现的保压过程是获得高质量焊接接头的关键，而这种方式的连续性焊接在工艺上无法实现保压，因此获得的连续性焊接接头的焊缝厚度不均匀、焊接强度不稳定。此外，这一焊接设备仅适用于待焊合区为平面的两个热塑性复材部件的焊接，对于曲面热塑性复材部件并不适用，例如飞机机翼、整流罩和机身结构。
[0004]中国专利(公开号：CN114654074)公开了一种对热塑性材料的表面进行滚压或者激光刻蚀获得表面凹凸结构的方法，并对表面有凹凸结构的热塑性复材进行超声波连续焊接。但是在对热塑性复材进行表面滚压或者激光刻蚀，会造成热塑性复材表面碳纤维不可避免的损伤和破坏，在焊合区引入了缺陷，因此会影响焊接头的成型质量，此外，该专利并未公布新型的连续焊接工艺和设备，采用的连续焊接方法与上述专利(CN 111070697)公布的方法相似，仍然无法实现焊接后的保压，因此会对焊接质量和焊接头强度造成负面影响。
[0005]中国专利(公开号：CN114643403A)公开了一种超声波连续焊接机械手的末端焊接装置，在焊枪两侧安转了焊件预压装置和冷却保压装置，该焊件预压装置和冷却保压装置末端均实现对焊接表面的按压和滚动。但是，该焊件预压装置和冷却保压装置的下压压力是通过弹簧进行控制，这种装置以及控制方式存在的问题包括：(1)预压压力和保压压力控制精度低；(2)在超声波焊接过程中，焊头进行一定的振幅上下震动，会导致弹簧的压缩程度不断变化，因此整个过程中焊接压力和保压压力不断变化；(3)该焊接装置中预压装置和冷却保压装置与焊头之间的距离无法改变，因此无法通过对预压区域和保压时间的调控，优化工艺过程。因此，这一焊接装置无法实现对焊接过程中预压和保压压力及时间的精确控制，不能实现对焊接质量和焊接强度的高精度要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种超声波连续焊接系统及方法，通过配置可调压力的超声波焊头和保压块，并能够对保压时间进行调整，实现超声波连续焊过程中的保压工艺过程，获得均匀的焊缝厚度和强度分布，提高焊接质量和焊接强度。
[0007]本专利技术的第一目的是提供一种超声波连续焊接系统，采用以下方案：
[0008]包括间隔布置的超声波焊头和保压块，超声波焊头和保压块分别连接有用于调节工作压力的调压组件，保压块连接有调距组件，带动保压块移动以调节保压块作用位置与超声波焊头作用位置的间距，从而调节保压块对已成型焊缝的保压时间。
[0009]进一步地，还包括预压块，预压块、超声波焊头和保压块依次间隔布置，预压块连接有对应的调压组件以调节工作压力，还连接有调距组件以调节预压块对待焊接位置的预压时间。
[0010]进一步地，所述调压组件为伸缩件，伸缩件带动所连接元件调节相对于其初始状态的相对位置。
[0011]进一步地，还包括固定和夹持装置，超声波焊头和保压块安装于固定夹持装置的末端，固定夹持装置带动超声波焊头和保压块改变与工件的相对位置。
[0012]进一步地，还包括定位和支撑装置，定位和支撑装置包括支撑组件和移动组件，支撑组件设有适应待焊接工件形态的承载部，移动组件带动承载有待焊工件的支撑组件移动，以改变待焊工件与超声波焊头的相对位置。
[0013]进一步地，所述固定和夹持装置、定位和支撑装置、调节组件和调距组件分别接入控制器，控制器对各个部分进行控制。
[0014]本专利技术的第二目的是提供超声波连续焊接方法，利用如上所述的超声波连续焊接系统，包括：
[0015]依据待焊接工件特性配置超声波焊接参数；
[0016]装夹工件，超声波焊头和保压块依据超声波焊接参数执行；
[0017]超声波焊头对工件进行超声波连续焊接形成焊缝，保压块对超声波焊头形成的焊缝进行保压。
[0018]进一步地，依据工件形态配置定位和支撑装置，承载工件并带动工件相对于焊接位置移动。
[0019]进一步地，在待焊接工件的两个部件的待焊合区置入导能筋，执行超声波连续焊接工序，将待焊合表面和导能筋共同熔融连接形成焊缝。
[0020]进一步地，配置预压块和对应的调压组件、调距组件，对超声波焊头作用前的待焊和位置进行预压作用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0022](1)针对目前超声波连续焊接时形成的焊接质量和焊缝强度无法满足需求的问题，通过配置可调压力的超声波焊头和保压块，并能够对保压时间进行调整，实现超声波连续焊过程中的保压工艺过程，获得均匀的焊缝厚度和强度分布，提高焊接质量和焊接强度。
[0023](2)对于中、大尺寸热塑性复材工件的超声波焊接，传统的点焊仅能实现间断式焊接，通过配置预压块、超声波焊头、保压块并对其配置可调节组件，能够实现连续超声焊接，从而获得更高的焊接强度、完全密封的焊合面、更好的耐湿热老化性能和疲劳性能。
[0024](3)为连续超声波焊接设备设计了保压模块，在超声焊接完成后对焊合区域进行保压能够提高焊合质量和焊缝厚度均匀性，并且通过合理控制保压模块和焊头的间距以及保压压力能够在保证焊接质量的前提下提高连续焊接的焊接速度，不仅提高了焊接效率，并且可以避免低速连续焊接情况下因散热不及时导致的热塑性树脂过热烧蚀。
[0025](4)针对壁厚较薄热塑性复材工件的连续焊接，在焊头前方设计了压力可控的预压模块，从而保证焊头到达预定焊接点时两个薄壁焊接工件已经完全贴合，避免了由于焊接压力过大、焊头与接触工件摩擦力大所导致的碳纤维复材表面的纤维破坏。
[0026](5)配置承载异形工件的定位和支撑装置，并带动异型工件按照所需路径相对于焊接位置移动，能够进行具有一定曲面的两个热塑性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波连续焊接系统，其特征在于，包括间隔布置的超声波焊头和保压块，超声波焊头和保压块分别连接有用于调节工作压力的调压组件，保压块连接有调距组件，带动保压块移动以调节保压块作用位置与超声波焊头作用位置的间距，从而调节保压块对已成型焊缝的保压时间。2.如权利要求1所述的超声波连续焊接系统，其特征在于，还包括预压块，预压块、超声波焊头和保压块依次间隔布置，预压块连接有对应的调压组件以调节工作压力，还连接有调距组件以调节预压块对待焊接位置的预压时间。3.如权利要求2所述的超声波连续焊接系统，其特征在于，所述调压组件为伸缩件，伸缩件带动所连接元件调节相对于其初始状态的相对位置。4.如权利要求1所述的超声波连续焊接系统，其特征在于，还包括固定和夹持装置，超声波焊头和保压块安装于固定夹持装置的末端，固定夹持装置带动超声波焊头和保压块改变与工件的相对位置。5.如权利要求4所述的超声波连续焊接系统，其特征在于，还包括定位和支撑装置，定位和支撑装置包括支撑组件和移动组件，支撑组件设有适应待焊接工件形态的承载部，移动组件带动承载有待焊工件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：全东，赵国群，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：