分享一种换能器及超声波焊接装置的制作方法

如下提供的分享一种换能器及超声波焊接装置的制作方法,以下便是小编为大家带来的。

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本发明涉及超声波焊接技术领域,尤其涉及一种换能器及超声波焊接装置。



背景技术:

目前,超声波焊接装置中的换能器绝大部分都是采用轴向传递振动的方式。轴向振动的换能器采用夹心式轴向振动的结构,一般通过一个预紧螺栓将反射块,电极片、陶瓷晶片和前驱体轴向锁紧,根据陶瓷晶片的逆压电效应,在电极片上施加交变电流,通过陶瓷晶片的轴向收缩和扩张,将电能转换为机械振动能量,并通过前驱体将轴向振动的能量输出。

轴向振动的换能器功率大,转化效率高,在焊接,清洗,裁切等领域应用都非常广泛。但是在金属焊接领域,轴向振动有一个比较明显的缺点就是振动破坏性大,在焊接时能量过于集中,易造成焊接产品尤其是焊接表面振破的情况,而一味减小振幅又会造成焊接强度不够的问题,所以焊接调试往往会出现这种两者不能兼得的情况。尽管很多情况下可以通过更改焊头焊接面设计在一定程度上消除这种缺陷带来的影响,但是本质上还是无法完全避免。



技术实现要素:

基于以上所述,本发明的目的在于提供一种换能器,以解决现有技术下的换能器存在的振动破坏性大和易造成焊接产品焊破的技术问题。

为达上述目的,本发明采用以下技术方案:

提供一种换能器,包括:从外向内依次嵌套安装的反射块、电极片、陶瓷晶片和前驱体;

所述反射块、所述电极片和所述陶瓷晶片均为圆环形,所述前驱体为圆柱形,所述前驱体的一端用于安装焊接头;

所述电极片和所述陶瓷晶片均为多层,多层所述电极片和多层所述陶瓷晶片间隔嵌套安装。

作为优选,所述反射块、所述电极片、所述陶瓷晶片和所述前驱体均通过过盈配合压装为一体。

作为优选,所述电极片包括外电极片和内电极片,所述外电极片与所述反射块抵接,所述外电极片和所述内电极片之间以及所述内电极片内均安装有所述陶瓷晶片。

作为优选,所述陶瓷晶片包括外陶瓷晶片和内陶瓷晶片,所述外陶瓷晶片安装于所述外电极片和所述内电极片之间,所述内陶瓷晶片安装于所述内电极片内,所述前驱体安装于所述内陶瓷晶片内。

作为优选,所述外电极片远离所述焊接头的一端设置有第一极耳,所述第一极耳用于连接负极电源,所述内电极片远离所述焊接头的一端设置有第二极耳,所述第二极耳用于连接正极电源。

作为优选,所述第一极耳和所述第二极耳均为多个,多个所述第一极耳和多个所述第二极耳沿圆周方向等间隔布置。

作为优选,所述反射块远离所述焊接头的一端设置有减振结构,所述减振结构包括沿圆周方向依次间隔设置的多个凸起和凹槽,所述减振结构用于消除所述换能器的轴向及环形振动。

作为优选,所述陶瓷晶片的厚度在2.5mm~3.5mm之间。

作为优选,所述前驱体与所述焊接头连接的一端设置有圆弧过渡面,所述圆弧过渡面用于减小内应力。

本发明还提供了一种超声波焊接装置,其包括如上述任一方案所述的换能器。

本发明的有益效果为:

本发明提供的换能器由圆环形的反射块、电极片和陶瓷晶片以及圆柱形的前驱体层层嵌套组成,该种结构产生的超声振动不同于传统的轴向振动方式,其为径向的超声振动,径向振动具有较为分散柔和的优点,可以使焊接能量从中心向四周均匀发散,避免了能量过于集中。本发明提供的超声波焊接装置由于采用了上述换能器,其焊接质量更好,有效解决了因能量过于集中所造成的产品被焊破的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的换能器的爆炸图;

图2是本发明实施例提供的第一视角的换能器的结构示意图;

图3是本发明实施例提供的第二视角的换能器的结构示意图。

图中:1、反射块;11、减振结构;111、凸起;112、凹槽;12、夹持面;2、电极片;21、外电极片;211、第一极耳;22、内电极片;221、第二极耳;3、陶瓷晶片;31、外陶瓷晶片;32、内陶瓷晶片;4、前驱体;41、圆弧过渡面。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”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;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,应具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示,本实施例提供一种换能器,该换能器包括从外向内依次嵌套安装的反射块1、电极片2、陶瓷晶片3和前驱体4,其中,反射块1、电极片2和陶瓷晶片3均为圆环形,前驱体4为圆柱形,上述各部件均通过过盈配合实现压装。在该换能器中,电极片2和陶瓷晶片3均设置有多层,多层电极片2和多层陶瓷晶片3在反射块1内一一间隔嵌套安装。每个陶瓷晶片3两侧的电极片2分别用于接正极电源和负极电源,当高频电压电源施加在两个电极片2上时,位于两个电极片2之间的陶瓷晶片3会由于逆压电效应而产生高频的径向超声振动,陶瓷晶片3将这种径向振动传递给套装在其内部的前驱体4,即完成了从电能到机械能的转换。在本实施例中,前驱体4的一端用于安装焊接头,焊接头作用于待焊接产品上即可实现超声波焊接。

反射块1的具体结构如图1所示。反射块1是整个换能器结构最外面部分,当陶瓷晶片3产生径向振动时,反射块1施加预紧力将振动能量吸收的同时,又向圆心反射回来,因此可以得到周而复始的振动。反射块1的长度太长容易引起轴向振动,太短又会造成动力不够,在本实施例中,反射块1的长度设置在35mm~45mm之间,以在保证换能器的动力的同时有效防止轴向振动。反射块1在远离焊接头的一端还设置有减振结构11,减振结构11为绕圆周方向依次间隔设置有的多个凸起111和凹槽112,设置多个凸起111和凹槽112用于消除换能器的轴向振动及环形振动,防止其产生轴向窜动和环形转动。进一步地,在反射块1的侧面还设置有两个夹持面12,夹持面12为两个铣扁的平槽,用于夹持固定换能器,防止换能器产生环形转动。

间隔安装的电极片2用于通入高频电源,提供原动力。在本实施例中,电极片2设置为两个,分别为外电极片21和内电极片22。具体地,外电极片21与反射块1抵接,其外表面与反射块1的内表面贴合,外电极片21与内电极片22之间以及内电极片22内均安装有陶瓷晶片3,陶瓷晶片3内安装有前驱体4。外电极片21和前驱体4均连接负极电源或接地,内电极片22连接正极电源,以使得内电极片22分别与外电极片21和前驱体4形成电流通路,从而进一步使位于电流通路中的陶瓷晶片3因逆压电效应而产生径向超声振动。

如图2所示,在本实施例中,在外电极片21远离焊接头的一端设置有第一极耳211,在内电极片22远离焊接头的一端设置有第二极耳221,第一极耳211和第二极耳221分别用于焊接导线,引入负极和正极电源。可选地,第一极耳211和第二极耳221均设置为多个,多个第一极耳211和多个第二极耳221沿圆周方向等间隔设置。优选地,第一极耳211和第二极耳221均设置为两个,四个极耳沿圆周方向等间隔设置,即四个极耳两两间隔90度。在本实施例中,为实现较佳的导电性,电极片2由镍、铜、银或其中两种或三种的合金材料制成。电极片2的厚度设置为0.1~0.3mm,以在保证其强度的同时减小换能器的体积。

陶瓷晶片3嵌套安装于电极片2中,陶瓷晶片3处于高频电压电源的通路中时,其会随电压和频率的变化产生机械变形。在本实施例中,陶瓷晶片3设置为两个,分别为外陶瓷晶片31和内陶瓷晶片32,外陶瓷晶片31嵌套安装于外电极片21和内电极片22之间,内陶瓷晶片32嵌套安装于内电极片22和前驱体4之间。陶瓷晶片3太薄容易被高压电击穿,若太厚又比较难激励,起振困难,在本实施例中,陶瓷晶片3的厚度设置为2.5mm~3.5mm之间,陶瓷晶片3的该厚度可以在保证其安全性的同时具有较好的起振效果。

前驱体4安装于内陶瓷晶片32内,其为换能器的执行元件,电能最终转化为前驱体4径向振动的机械能并输出到外界。前驱体4的一端设置有螺纹孔,螺纹孔用于连接焊接头。在本实施例中,在前驱体4用于安装焊接头的一端设置有圆弧过渡面41,圆弧过渡面41为铣削形成的圆弧形槽,其用于减小高频振动的前驱体4中的内应力,防止前驱体4振动过程中开裂,同时,圆弧过渡面41还可以增大前驱体4端部的径向振幅,提高输出功率。

本发明还提供了一种超声波焊接装置,该超声波焊接装置包括如上文所描述的换能器,其还包括电源装置和焊接头等。电源装置用于向换能器提供高频电压电源,焊接头安装于换能器上,通入高频电压电源后并将焊接头作用于待焊接产品上即可实现超声波焊接。

下面结合附图说明本发明提供的换能器及超声波焊接装置的工作原理:

通过电极片2向换能器中通入高频电压电源,换能器中的陶瓷晶片3在高频电压电源的作用下因逆压电效应而产生高频的径向机械振动,该种机械振动被传递到与陶瓷晶片3抵接的前驱体4,并进一步被传递到与前驱体4连接的焊接头上,将焊接头抵接于待焊接产品的焊接表面,便可利用换能器产生的高频的超声机械振动完成超声波焊接。

注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。


技术特征:

1.一种换能器,其特征在于,包括:从外向内依次嵌套安装的反射块(1)、电极片(2)、陶瓷晶片(3)和前驱体(4);

所述反射块(1)、所述电极片(2)和所述陶瓷晶片(3)均为圆环形,所述前驱体(4)为圆柱形,所述前驱体(4)的一端用于安装焊接头;

所述电极片(2)和所述陶瓷晶片(3)均为多层,多层所述电极片(2)和多层所述陶瓷晶片(3)间隔嵌套安装。

2.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述反射块(1)、所述电极片(2)、所述陶瓷晶片(3)和所述前驱体(4)均通过过盈配合压装为一体。

3.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述电极片(2)包括外电极片(21)和内电极片(22),所述外电极片(21)与所述反射块(1)抵接,所述外电极片(21)和所述内电极片(22)之间以及所述内电极片(22)内均安装有所述陶瓷晶片(3)。

4.根据权利要求3所述的换能器,其特征在于,所述陶瓷晶片(3)包括外陶瓷晶片(31)和内陶瓷晶片(32),所述外陶瓷晶片(31)安装于所述外电极片(21)和所述内电极片(22)之间,所述内陶瓷晶片(32)安装于所述内电极片(22)内,所述前驱体(4)安装于所述内陶瓷晶片(32)内。

5.根据权利要求3所述的换能器,其特征在于,所述外电极片(21)远离所述焊接头的一端设置有第一极耳(211),所述第一极耳(211)用于连接负极电源,所述内电极片(22)远离所述焊接头的一端设置有第二极耳(221),所述第二极耳(221)用于连接正极电源。

6.根据权利要求5所述的换能器,其特征在于,所述第一极耳(211)和所述第二极耳(221)均为多个,多个所述第一极耳(211)和多个所述第二极耳(221)沿圆周方向等间隔布置。

7.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述反射块(1)远离所述焊接头的一端设置有减振结构(11),所述减振结构(11)包括沿圆周方向依次间隔设置的多个凸起(111)和凹槽(112),所述减振结构(11)用于消除所述换能器的轴向及环形振动。

8.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述陶瓷晶片(3)的厚度在2.5mm~3.5mm之间。

9.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述前驱体(4)与所述焊接头连接的一端设置有圆弧过渡面(41),所述圆弧过渡面(41)用于减小内应力。

10.一种超声波焊接装置,其特征在于,包括如权利要求1-9任一项所述的换能器。

技术总结
本发明涉及超声波焊接技术领域,公开了一种换能器及超声波焊接装置,该换能器包括:从外向内依次嵌套安装的反射块、电极片、陶瓷晶片和前驱体;反射块、电极片和陶瓷晶片均为圆环形,前驱体为圆柱形,前驱体的一端用于安装焊接头;电极片和陶瓷晶片均为多层,多层电极片和多层陶瓷晶片间隔嵌套安装。本发明提供的换能器由圆环形的反射块、电极片和陶瓷晶片以及圆柱形的前驱体层层嵌套组成,该种结构产生的超声振动为径向振动,径向振动具有较为分散柔和的优点,可以使焊接能量从中心向四周均匀发散,避免了能量过于集中。本发明提供的超声波焊接装置由于采用了上述换能器,使得其焊接质量更好,有效解决了产品被焊破的技术问题。

技术研发人员:周宏建;袁承彬
受保护的技术使用者:上海骄成机电设备有限公司
技术研发日:2019.12.25
技术公布日:2020.06.26

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