具有前加载振幅均匀超声波焊接焊头的自调平堆叠组件制造技术

一种超声波焊接机(10)，具有承载超声波焊头(14)的增强器(50)和堆叠组件(34)。堆叠组件是自调平的和可旋转的。此外，超声波焊头是环形的，并且通过穿过环形超声波焊头并进入增强器的螺纹腔的螺栓(52)抵靠具有螺纹腔的增强器安装。焊头包括可附接到高频超声振动源的轴部分(35)、具有高度和宽度的过渡(37)，其横截面积通过使其高度逐渐变小而小于轴横截面积。过渡附接到中间保持器(31)，并且具有小于过渡横截面积的横截面积。中间保持器具有凹宽度凹陷。中间保持器承载矩形焊接末端(33),其横截面积大于中间保持器横截面积。面积大于中间保持器横截面积。面积大于中间保持器横截面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有前加载振幅均匀超声波焊接焊头的自调平堆叠组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是分别于2020年8月12日和2021年5月3日提交的美国临时申请序列号63/064423和63/183204的部分继续申请。
[0003]关于联邦资助的研究和发展的声明
[0004]不适用。
[0005]联合研究协议各方的名称
[0006]不适用。
[0007]提及“序列表”、表格或计算机程序
[0008]不适用。
[0009]关于专利技术人或共同专利技术人先前披露的声明
[0010]不适用。


[0011]本专利技术涉及高频超声波焊接，更具体地说，涉及一种新的焊头设计。自20世纪60年代以来，使用高频超声波振动在材料之间产生焊接已经为人所知。超声波焊接机利用施加到材料上的超声波振动产生的摩擦来产生焊接，而不是对材料施加热量。超声波焊接已被证明能有效地连接塑料和金属，并已被应用于许多行业，从玩具生产到汽车和航空航天工业。超声波焊接很受欢迎，因为它易于形成焊接，且每次焊接成本低。超声波焊接是连接小零件的理想方式。

技术介绍

[0012]超声波焊接是电弧焊或热焊或锡焊的替代方法，消除了诸如焊料或焊剂等消耗品、部件烧伤、冷却水需求和高能量使用。超声波焊接操作的另一个优点是在焊接过程中产生的热量最小，从而使部件损坏最小。
[0013]超声波金属焊接适用于电子部件和管道密封中使用的相似和不相似的有色金属的组装。通过超声波焊接连接的零件在超声波焊头和砧座之间的压力下保持在一起。施加频率约为20至40kHz的超声波振动，并且焊头的振动使零件一起摩擦，产生的剪切力去除表面污染物并暴露裸露的金属区域。
[0014]当两个零件同时压在一起时，施加在焊接上的这种强烈摩擦破坏了基底金属的氧化皮。当应用于金属时，焊接不是通过熔化材料实现的，而是通过产生固态焊接实现的。超声波振动引起表面粗糙的剪切和变形，这分散了存在于主体材料上的氧化物和污染物，从而允许金属与金属的接触和相邻表面的结合。这些过程使两种材料充分紧密接触，以发生原子级键合。材料的原子结构混合在一起，形成牢固的表面分子固态键，其干净且电阻低。由摩擦产生的相对轻微的温度上升远低于熔点，并且在产生焊接中不起重要作用。
[0015]超声波焊接是通过不同的过程在塑料和金属中实现的。当应用于塑料时，超声波振动产生的摩擦足以熔化材料的接合部分，当冷却时产生焊接。超声波焊接的焊接时间通
常非常短，焊接时间通常在200至400毫秒之间。关于超声波焊接的其他一般公开内容，请参见New Developments in Advanced Welding,Nasir Ahmed,ed.(2005)。
[0016]超声波焊接系统的基本部件是压机、砧座、超声波堆叠组件、超声波发生器或电源以及电子控制器。待焊接的工件放置在压机和砧座之间，压机向工件施加压力。砧座允许超声波振动指向材料的表面。放置工件(零件)的嵌套或砧座允许由堆叠组件产生的高频振动被导向焊接基底的界面。
[0017]超声波堆叠组件通常由转换器、增强器(booster)和超声波焊极或“焊头”构成。转换器将电能转换成机械振动；增强器改变振动的振幅；并且超声波焊极向待焊接的零件施加机械振动。这三个元件通常被调谐为在相同的超声频率(通常为20、35或40kHz)下共振。这些堆叠组件部件连接到电子超声波发生器，其将高功率AC信号传递到堆叠组件，同时匹配堆叠组件的共振频率。
[0018]用户通过控制器向系统发出命令，控制器控制压机的运动，致动堆叠组件电源，向超声波叠堆组件传送焊接感应电信号。堆叠组件的转换器部分将电信号转换成机械振动，同时可以利用增强器来改变振动振幅。焊头将振动施加到工件上。焊接焊头通常由附接到焊接末端的柄形成。
[0019]超声波焊接的质量和成功取决于许多因素，包括信号振幅、焊接时间、焊接压力、焊接速度、保持时间和保持压力。这些因素中的每个的适当量都受到用于焊接的主体材料的类型的影响，并且也可以在单一材料内变化。在该行业的大部分历史中，唯一可以有效控制的变量是振幅、力和焊接时间或持续时间。通过频率选择、焊头和增强器的设计以及转换器的电输入调制的组合来控制振幅。
[0020]用户控制超声波焊接的变量和过程是持续实现有效焊接的关键。更好的过程控制通常意味着焊接质量的提高，以及焊接一致性和可重复性的提高。当检查单个产品之间的焊接质量时，工业中的普通产品产生标准偏差为2％至4％的焊接。
[0021]叠层锂离子电池(交替的铜和铝板层)广泛用于电动车辆，包括轿车和卡车。为了给电动车辆提供更长的里程和/或更多的功率，通过添加越来越多的叠层，叠层电池在宽度和尺寸上都在增加。电池尺寸的这种增加给超声波焊接系统带来了挑战。特别是，传统的焊头很难在叠层电池的宽度上保持均匀的焊接。由于板层较薄，板层的拐角可能会发生折叠或“折角”,通常是在处理期间和焊接之前。这样，折角的板层将不会横跨其宽度被焊接，并且不会在后来形成的电池中起作用。本专利技术正是针对这种折叠的检测。

技术实现思路

[0022]一种超声波焊接机(10)具有增强器(50)和承载超声波焊头(14)的堆叠组件(34)。堆叠组件是自调平的和可旋转的。超声波焊头是环形的，并通过穿过环形超声波焊头并进入增强器螺纹腔的螺栓(52)抵靠具有螺纹腔的增强器安装。
[0023]用于高频超声波焊接的焊头(14)包括由可附接到高频超声波振动源的轴部分(35)形成的柄、具有高度和宽度的过渡(37)。通过逐渐减小其高度，过渡横截面积小于轴横截面积。过渡附接到中间保持器(31)，该中间保持器具有高度和宽度，并且横截面积小于过渡横截面积。中间保持器具有一致的高度和侧凹宽度凹陷。中间保持器承载矩形焊接末端(33),其横截面积大于中间保持器横截面积。相对设置的凹区域导致在整个焊头焊接边缘
上更均匀的焊接。
[0024]一种用于检测箔片堆中的箔片的折叠边缘的方法，包括用超声波焊接机(10)焊接箔片堆，该超声波焊接机(10)具有增强器(50)和承载超声波焊头(14)的堆叠组件(34)，其中堆叠组件是自调平的和可旋转的。
[0025]或许，在图8和螺栓52的使用中不容易看出的是，焊头组件14从前面装配到旋转堆叠组件34中，并且通过螺栓52抵靠增强器前安装件50保持在适当位置。在野外或工厂中，这种组装方法意味着通过简单地拆除螺栓52就可以容易地拆除焊头组件14；因此，使得焊头组件的旋转或其拆除和更换变得容易。更重要的是，这种构造方法能够在不需要进一步拆卸超声波焊接机10或其任何其它部件的情况下更换焊头。
附图说明
[0026]为了更全面地理解本方法和过程的本质和优点，应该参考以下结合附图的详细描述，其中：
[0027]图1是本文公开的高频超声波自调平焊接系统的等距视图；
[0028]图2是焊接头部的侧视图，示出了焊头焊接堆叠电池板层的边缘；
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.在具有增强器(50)和承载超声波焊头(14)的自调平旋转层叠组件(34)的超声波焊接机(10)中，改进包括：中间保持器(31),用于承载超声波焊头并具有高度和宽度，该中间保持器具有均匀的高度和侧凹宽度凹陷。2.根据权利要求1所述的超声波焊接机，其中，所述超声波焊头包括：(a)可附接到高频超声振动源的轴部分(35)；(b)过渡(37),其具有高度和宽度，并且通过使其高度逐渐变小，过渡横截面积小于轴横截面积；(c)中间保持器(31),其具有高度和宽度，横截面积小于过渡横截面积，该中间保持器具有均匀的高度和侧凹宽度凹陷；以及(d)矩形焊接末端(33),其横截面积大于中间保持器横截面积，并附接到柄。3.根据权利要求1所述的超声波焊接机，其中，矩形焊接末端(33)的横截面积大于中间保持器横截面积，并附接到中间保持器。4.根据权利要求1所述的超声波焊接机，其中，所述超声波焊头是环形的，并通过穿过环形超声波焊头并进入增强器螺纹腔的螺栓(52)抵靠增强器安装，增强器具有螺纹腔。5.一种用于检测箔片堆中的箔片的折叠边缘的方法，用具有增强器(50)和承载超声波焊头(14)的堆叠组件(34)...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：泰克索尼克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：