CN114226946B - 超声波焊接装置及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种超声波焊接装置及焊接方法其中，超声波焊接装置包括超声波三联组、底模组件、第一姿态调节组件以及第二姿态调节组件。超声波三联组包括换能器、调幅器以及滚焊头。底模组件与滚焊头相对设置，底模组件与滚焊头限定出焊接装置内的焊接工位。第一姿态调节组件与超声波三联组传动连接，用于调节滚焊头的高度以及水平度。第二姿态调节组件与底模组件传动连接，用于调节底模组件的水平度。通过保证滚焊头与底模组件之间的平行度，能够减少在对板材与箔材时出现的跑偏现象，能够实现利用滚动焊接的方式实现箔材与板材之间的焊接。

Description

超声波焊接装置及焊接方法

技术领域

本发明涉及超声波焊接领域，尤其涉及一种超声波焊接装置及焊接方法。

背景技术

超声波焊接技术是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合的焊接工艺。传统超声波滚焊机都是针对纺织品与纺织品、塑料与塑料、箔材与箔材之间的焊接，而对于铝、铜箔材与5mm以内铝板、铜板焊接，只有金属超声波滚焊机或楔干超声波焊机才能稳定焊接可以做到，但对于铝、铜箔材与厚度10mm以上铝板或铜板，现有的超声波焊机就很难做到了。

而对于传统超声波滚焊机只是针对纺织品与纺织品、塑料与塑料、箔材与箔材之间的焊接等，金属超声波滚焊机也是多层箔材进行一次焊接且层数不能过多，焊接层数过多会出现焊不住、虚焊、跑偏等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波焊接装置，能够实现利用滚动焊接的方式实现箔材与板材之间的焊接。

为实现前述目的的超声波焊接装置，包括超声波三联组、底模组件、第一姿态调节组件以及第二姿态调节组件。超声波三联组包括换能器、调幅器以及滚焊头。底模组件与所述滚焊头相对设置，所述底模组件与所述滚焊头限定出所述焊接装置内的焊接工位。第一姿态调节组件与所述超声波三联组传动连接，用于调节所述滚焊头的高度以及水平度。第二姿态调节组件与所述底模组件传动连接，用于调节所述底模组件的水平度。由于在焊接过程中，板材来料的平整度具有不确定性，当底模组件与滚焊头之间不能达到平行，箔材在滚动焊接的过程中就容易出现跑偏。通过保证滚焊头与底模组件之间的平行度，能够减少在对板材与箔材时出现的跑偏现象，进而提升焊接质量。

在一个或多个实施例中，所述第一姿态调节组件包括蜗轮蜗杆减速机、丝杆以及导轨，所述超声波三联组通过所述丝杆与所述蜗轮蜗杆减速机传动连接，并在所述蜗轮蜗杆减速机作动下沿所述导轨可活动；所述第二姿态调节组件为多个支撑所述底模组件的可调顶丝。

在一个或多个实施例中，所述第一姿态调节组件还包括气缸以及比例阀，所述气缸与所述超声波三联组传动连接，所述比例阀设置于所述气缸与所述超声波三联组之间，用于调节所述气缸向所述超声波三联组输出的驱动压力。采用气缸加比例阀能很好的控制气缸压力。以保证滚焊头对待焊接的箔材压力能够得到控制。

在一个或多个实施例中，所述滚焊头的工作部位具有磨砂层。通过将该工作部位设置为具有磨砂层，使得焊接受力面积更大焊接效果更好，且不会造成箔材中的预埋件破损，同时在焊接后，箔材与板材之间能够有较好的焊接连接性。

在一个或多个实施例中，所述底模组件包括底座、定位板、压板以及底模伺服电机。定位板设置于所述底座上，待焊接物料可置于所述定位板上。压板设置于所述定位板上方，并朝向靠近或远离所述定位板的方向可活动。底模伺服电机与所述定位板传动连接，用于驱动所述定位板与所述滚焊头同步作动。通过将压板朝向靠近定位板的方向活动，使得物料能够在焊接过程中被压紧，从而进一步减少了焊接过程中出现的跑偏现象。

在一个或多个实施例中，所述底座内设置有加热单元，所述加热单元设置于靠近所述定位板的位置，以使所述加热单元作动时可对所述定位板加热。通过高温使要焊接的一些在焊接中延展性不是很好的箔材，如铝箔的晶体结构、物理化学性质发生改变，从而在焊接中能有更好的延展性，不易断裂。此外，通过加热到一定温度能实现异种金属之间的焊接。通过前述设置，能够提升本超声波焊接装置的应用范围。

本申请的另一目的在于提供一种超声波焊接方法，能够实现利用滚动焊接的方式实现箔材与板材之间的焊接。其中，焊接方法包括如下步骤：

a.调节滚焊头与底模组件的姿态，使所述滚焊头与所述底模组件分别水平；

b.将板材物料放置于所述底模组件上方；

c.将第一层箔材物料放置于所述板材物料上方，启动所述滚焊头与所述底模组件的底模伺服，使得待焊接物料在超声波机中被运输，所述滚焊头采用第一焊接工艺参数在运输过程中对所述板材物料连续焊接；

d.当所述第一层箔材物料与所述板材物料焊接完毕后，将第二层箔材物料放置于已焊接的物料上方，并启动所述滚焊头与所述底模组件的底模伺服，所述滚焊头采用第二焊接工艺参数在运输过程中对所述板材物料连续焊接；

e.重复前述步骤d，采用所述第二焊接工艺参数对第三层至第N层箔材物料进行焊接；

其中，所述第一焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率大于所述第二焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率。

在一个或多个实施例中，所述板材物料为铝板，所述箔材物料为铝箔；

所述第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2200W的焊接功率；

所述第二焊接工艺参数包括：650N至750N的焊接压力，以及2000W的焊接功率。

在一个或多个实施例中，所述板材物料为铝板，所述箔材物料为铜箔；

所述第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2800W的焊接功率；

所述第二焊接工艺参数包括：750N至850N的焊接压力，以及2600W的焊接功率。

在一个或多个实施例中，在所述步骤c之前，所述焊接方法还包括：

启动加热单元对所述底模组件进行预热。

在一个或多个实施例中，在焊接完成第六层箔材物料或第七层箔材物料后，在已焊接的物料上方开槽或开孔，并放入预埋件后，再对下一层箔材物料进行焊接。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本申请一些实施例的超声波焊接技术的示意图；

图2为根据本申请一些实施例的底模组件的示意图；

图3为根据本申请一些实施例的超声波焊接装置局部放大示意图；

图4为根据本申请一些实施例的超声波焊接方法焊接得到的中间件；

图5为根据本申请一些实施例的超声波焊接方法焊接得到的成品。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

为了解决现有采用超声波焊机装置进行滚动焊接时，容易出现的焊不住、跑偏、虚焊等问题，根据本申请的一些实施例，提供了一种超声波焊接装置，请参见图1，图1示出了根据本申请一些实施例的超声波焊接技术的示意图。

超声波焊接装置包括超声波三联组1、底模组件2、第一姿态调节组件3以及第二姿态调节组件4。超声波三联组包括换能器、调幅器以及滚焊头10，底模组件2与滚焊头10相对设置，底模组件2与滚焊头10限定出焊接装置内的焊接工位。第一姿态调节组件3与超声波三联组1传动连接，用于调节滚焊头10的高度以及水平度，第二姿态调节组件4与底模组件2传动连接，用于调节底模组件2的水平度。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

水平度是指部件与地面之间的水平程度，通过调节滚焊头10以及底模组件2的水平度，能保证滚焊头10与底模组件2之间的平行度。

物料在焊接工位处被焊接，在对板材以及箔材进行焊接时，是将箔材放置于板材上后，再进行焊接。由于在焊接过程中，板材来料的平整度具有不确定性，当底模组件2与滚焊头10之间不能达到平行，箔材在滚动焊接的过程中就容易出现跑偏。通过保证滚焊头10与底模组件2之间的平行度，能够减少在对板材与箔材时出现的跑偏现象，进而提升焊接质量。

根据本申请的一些实施例，具体地，第一姿态调节组件3包括蜗轮蜗杆减速机31、丝杆以及导轨，超声波三联组通过丝杆与蜗轮蜗杆减速机31传动连接，并在蜗轮蜗杆减速机31作动下沿导轨可活动。第二姿态调节组件4为多个支撑底模组件2的可调顶丝。进一步地，所用丝杆以及导轨为精密丝杆以及精密导轨，并可外加精密导向杆以保证滚焊头10在运动过程中能够保证具有良好的水平度。同时，采用顶丝机构，能够快速实现对底模组件2的平行度进行调节。

根据本申请的一些实施例，第一姿态调节组件4还包括气缸41以及比例阀，气缸41与超声波三联组1传动连接，比例阀设置于气缸41与超声波三联组1之间，用于调节气缸41向超声波三联组1输出的驱动压力。

气缸41在作动时，其中的活塞杆可伸出或收回于气缸41的缸筒内，从而对滚焊头10与底模组件2之间的间距进行调节，在焊接过程中，可以通过调节滚焊头10与底模组件2之间的间距，以实现预留出换料的空间。

采用气缸41加比例阀能很好的控制气缸41压力。以保证滚焊头10对待焊接的箔材压力能够得到控制。

根据本申请的一些实施例，滚焊头10的工作部位具有磨砂层。

工作部位是指滚焊头10在焊接过程中与被焊接件接触的部分，磨砂层是指设置在滚焊头外周表面的多个凸起部分，以增加滚焊头工作部位的表面粗糙度。通过将该工作部位设置为具有磨砂层，使得焊接受力面积更大焊接效果更好，且不会造成箔材中的预埋件破损，同时在焊接后，箔材与板材之间能够有较好的焊接连接性。

根据本申请的一些实施例，请参见图2，图2为根据本申请一些实施例的底模组件的示意图，底模组件2包括底座20、定位板21、压板22以及底模伺服电机。定位板21设置于底座20上，待焊接物料可置于定位板21上。压板22设置于定位板21上方，并朝向靠近或远离定位板21的方向可活动。底模伺服电机与定位板21传动连接，用于驱动定位板21与滚焊头10同步作动。

底模伺服电机用于驱动定位板21与滚焊头10同步作动，在焊接过程中，物料是设置于定位板21上，通过驱动定位板21与滚焊头10同步作动，使得能够对沿定位板21延伸方向铺设的较长物料(如100mm至200mm)的物料进行连续焊接。

通过将压板22朝向靠近定位板21的方向活动，使得物料能够在焊接过程中被压紧，从而进一步减少了焊接过程中出现的跑偏现象。

具体到如图中所示出的实施例中，压板22为悬臂结构，并具有压紧螺母221，通过旋动该压紧螺母221，能够改变压板22与定位板21之间的间距，以实现将物料在压板22与定位板21之间被压紧。

根据本申请的一些实施例，请结合参见图2以及图3，图3为根据本申请一些实施例的超声波焊接装置局部放大示意图。底座20内设置有加热单元23，加热单元23设置于靠近定位板21的位置，以使加热单元23作动时可对定位板21加热。

具体到如图中所示的实施例中，加热单元23为加热管，其与动力源24电性连接，动力源24为加热单元23的发热提供电能。底座20中具有安装槽200，安装槽200与定位板21靠近的一侧开放，加热单元23安装于安装槽200中，从而当加热单元23发热时，能够对定位板21进行预热，同时对通过热传导置于定位板21上的板材待焊接件进行加热。

由于在对于一些在焊接中延展性不是很好的箔材，如铝箔材，常常会出现在焊接过程中断裂、粘黏焊头等情况。此外，在进行异种金属超声波焊接，例如钛合金，铝合金等由于晶体结构，物料及化学性质相差悬殊，使得焊接效果不好。通过热传导使焊接定位板21加热，通过物质的导热性，高温使要焊接的箔材晶体结构，物理化学性质发生改变，从而在焊接中能有更好的延展性，不易断裂，而铝板与箔材物理性质变软，而滚焊焊头是原物理性质，从而在焊接中不易粘焊头。此外，通过加热到一定温度使钛合金箔材、银箔材、铁箔材晶体结构物理化学性质发生改变，这时使用超声波滚焊焊接使晶体物理化性性质重新重组，从而达到与钛合金板、银板、铁板焊接的效果，以实现异种金属之间的焊接。通过前述设置，能够提升本超声波焊接装置的应用范围。

另一方面，根据本申请的一些实施例，提供了一种超声波焊接方法，其采用超声波焊机对板材物料与箔材物料进行焊接，包括如下步骤：

a.调节滚焊头与底模组件的姿态，使滚焊头与底模组件分别水平；

b.将板材物料放置于底模组件上方；

c.将第一层箔材物料放置于板材物料上方，并采用第一焊接工艺参数在运输过程中对板材物料连续焊接。具体而言，是启动滚焊头与底模组件的底模伺服，使得待焊接物料在超声波机中被运输，并令滚焊头采用第一焊接工艺参数进行滚动焊接。

d.当第一层箔材物料与板材物料焊接完毕后，将第二层箔材物料放置于已焊接的物料上方，并采用第二焊接工艺参数在运输过程中对板材物料连续焊接。具体而言，是启动滚焊头与底模组件的底模伺服，使得滚焊头采用第二焊接工艺参数进行滚动焊接。

e.重复前述步骤d，采用第二焊接工艺参数对第三层至第N层箔材物料进行焊接；

其中，第一焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率大于第二焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率。

具体地，可采用如前所述一个或多个实施例中所记载的超声波焊接装置进行焊接，以实现步骤a中对于滚焊头与底模组件的姿态调节。焊接压力可以通过气缸41以及比例阀来调节。

采用如前所述实施例中所记载的超声波焊接方法进行焊接时，N可以是≥10的整数。

发明人研究后发现，在采用滚动焊接的方式将箔材与板材进行焊接时，在多层多次焊接中会出现，当焊接几层后出现底层焊接的箔材与板材脱落，从而底层虚焊，而通过调整焊接功率，使得底层(即第一层箔材物料)，与上层(即第2层至第N层)的焊接功率以及焊接压力均不同，能够避免在焊机几层后出现底层脱落，从而避免底层虚焊现象，提升焊接质量。

进一步地，根据本申请的一些实施例，板材物料为铝板，箔材物料为铝箔；第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2200W的焊接功率；第二焊接工艺参数包括：650N至750N的焊接压力，以及2000W的焊接功率。经验证，采用该焊接工艺参数能够实现对铝箔在铝板的多层焊接，同时能够保证焊接质量。在一个优选的实施例中，第一焊接工艺参数中的焊接压力为900N，第二焊接工艺参数中的焊接压力为700N。

进一步地，根据本申请的一些实施例，板材物料为铝板，箔材物料为铜箔；第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2800W的焊接功率；第二焊接工艺参数包括：750N至850N的焊接压力，以及2600W的焊接功率。经验证，采用该焊接工艺参数能够实现对铜箔在铝板的多层焊接，同时能够保证焊接质量。在一个优选的实施例中，第一焊接工艺参数中的焊接压力为900N，第二焊接工艺参数中的焊接压力为800N。

在一些实施例中，第一焊接工艺参数和/或第二焊接工艺参数还包括：焊接速度为1.5M/min，焊头振幅为40％的额定振幅。焊接速度是指滚焊头的转动速度，额定振幅是指焊接设备所规定的最大振幅。

进一步地，根据本申请的一些实施例，在步骤c之前，所述焊接方法还包括：启动加热单元对所述底模组件进行预热，从而如前所述的，能够实现对延展性较差或是异种金属之间的有效焊接。

进一步地，根据本申请的一些实施例，根据本超声波焊接方法中所采用的滚焊头的工作部位具有磨砂层。

进一步地，根据本申请的一些实施例，在焊接完成第六层箔材物料或第七层箔材物料后，在已焊接的物料上方开槽或开孔，并放入预埋件后，再对下一层箔材物料进行焊接。

具体地，在焊接完成第六层箔材物料或第七层箔材物料后，已焊接的部件如图4所示，此时箔材物料51是被焊接于板材物料52上，预埋件可以是如图中所示的导线53或是其他需要预埋的配件54。

可以理解的是，本申请中所记载的板材是指厚度为5mm及以上厚度的板状材料，箔材是指厚度极薄的金属片或带材，在一个具体的实施例中，箔材厚度为0.15mm。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (11)

1.一种超声波焊接装置，其特征在于，用于对板材物料与多层箔材物料进行焊接，所述超声波焊接装置包括：

超声波三联组，包括换能器、调幅器以及滚焊头；

底模组件，与所述滚焊头相对设置，所述底模组件与所述滚焊头限定出所述焊接装置内的焊接工位；

第一姿态调节组件，与所述超声波三联组传动连接，用于调节所述滚焊头的高度以及水平度；以及

第二姿态调节组件，与所述底模组件传动连接，用于调节所述底模组件的水平度；

其中，通过调节所述滚焊头以及所述底模组件的水平度，保证所述滚焊头与所述底模组件之间的平行度。

2.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于，

所述第一姿态调节组件包括蜗轮蜗杆减速机、丝杆以及导轨，所述超声波三联组通过所述丝杆与所述蜗轮蜗杆减速机传动连接，并在所述蜗轮蜗杆减速机作动下沿所述导轨可活动；

所述第二姿态调节组件为多个支撑所述底模组件的可调顶丝。

3.如权利要求2所述的超声波焊接装置，其特征在于，所述第一姿态调节组件还包括气缸以及比例阀，所述气缸与所述超声波三联组传动连接，所述比例阀设置于所述气缸与所述超声波三联组之间，用于调节所述气缸向所述超声波三联组输出的驱动压力。

4.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于，所述滚焊头的工作部位具有磨砂层。

5.如权利要求1所述的超声波焊接装置，其特征在于，所述底模组件包括：

底座；

定位板，设置于所述底座上，待焊接物料可置于所述定位板上；

压板，设置于所述定位板上方，并朝向靠近或远离所述定位板的方向可活动；以及

底模伺服电机，与所述定位板传动连接，用于驱动所述定位板与所述滚焊头同步作动。

6.如权利要求5所述的超声波焊接装置，其特征在于，所述底座内设置有加热单元，所述加热单元设置于靠近所述定位板的位置，以使所述加热单元作动时可对所述定位板加热。

7.一种超声波焊接方法，采用超声波焊装置对板材物料与多层箔材物料进行焊接，其特征在于，包括如下步骤：

a.调节滚焊头与底模组件的姿态，使所述滚焊头与所述底模组件分别水平；

b.将板材物料放置于所述底模组件上方；

c.将第一层箔材物料放置于所述板材物料上方，采用第一焊接工艺参数在运输过程中对所述板材物料连续焊接；

d.当所述第一层箔材物料与所述板材物料焊接完毕后，采用第二焊接工艺参数在运输过程中对所述板材物料连续焊接；

e.重复前述步骤d，采用所述第二焊接工艺参数对第三层至第N层箔材物料进行焊接；

其中，所述第一焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率大于所述第二焊接工艺参数中的焊接压力以及焊接功率。

8.如权利要求7所述的超声波焊接方法，其特征在于，所述板材物料为铝板，所述箔材物料为铝箔；

所述第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2200W的焊接功率；

所述第二焊接工艺参数包括：650N至750N的焊接压力，以及2000W的焊接功率。

9.如权利要求7所述的超声波焊接方法，其特征在于，所述板材物料为铝板，所述箔材物料为铜箔；

所述第一焊接工艺参数包括：850N至950N的焊接压力，以及2800W的焊接功率；

所述第二焊接工艺参数包括：750N至850N的焊接压力，以及2600W的焊接功率。

10.如权利要求7所述的超声波焊接方法，其特征在于，在所述步骤c之前，所述焊接方法还包括：

启动加热单元对所述底模组件进行预热。

11.如权利要求7所述的超声波焊接方法，其特征在于，在焊接完成第六层箔材物料或第七层箔材物料后，在已焊接的物料上方开槽或开孔，并放入预埋件后，再对下一层箔材物料进行焊接。