[发明专利]大功率超声波转换器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种超声波转换器，包括一个超声波喇叭形辐射体和一个磁致伸缩式激励器，其中，激励器与超声波喇叭形辐射体面朝它的接触面连接，以及涉及一种用于在这种超声波转换器的超声波喇叭形辐射体与磁致伸缩式激励器之间建立持久连接的方法。

在超声波转换器领域已知的现有技术中，作为谋求超声波振荡的激励器，或动用压电式或动用磁致伸缩式激励器。前者有效率高的优点，但其缺点是有限的输出功率，因为压电材料拉伸强度低。与之相比，采用磁致伸缩式超声波转换器可以产生较大的输出功率，然而在这里应考虑到有效率比较低、工作中产生的废热量大以及结构复杂或生产过程成本高等缺点。

在设计磁致伸缩式超声波转换器时存在的疑难问题是，磁致伸缩材料必须以恰当的方式与超声波喇叭形辐射体连接，在现有技术中所述的连接大多借助钎焊法，尤其借助硬钎焊法实现。

例如由WO2004/105085A1和WO2006/055368A2已知上述类型的磁致伸缩式超声波转换器。

在这些超声波转换器中，激励器由多块用磁致伸缩性材料制的板(以下称为磁性板)组成，它们借助硬钎焊法固定钎焊在超声波喇叭形辐射体的凹槽内或超声波喇叭形辐射体的表面上。磁性板恰当的几何形状允许给这些板施加交变磁场。此外，上述出版物中介绍的超声波转换器，在磁性板中设有例如中心孔以及设有一个适用的线圈装置，通过它们在线圈恰当供电时，利用磁致伸缩的效果，可以激励磁性板构成孔边界的两个边在超声波频带内振荡。这种振荡然后由磁性板传给超声波喇叭形辐射体，以及在超声波喇叭形辐射体内部进一步导引，直至其振荡头。然而在此现有技术中也出现磁致伸缩式超声波转换器上面已指出的缺点。

此外，由DD59963A已和一种机电转换器与超声波传感器的耦合元件和工具的连接方法，其中，磁致伸缩式转换器的板叠，为了达到尽可能低损耗地耦合，借助电子束焊与超声波传感器平的端面连接。这一方面需要电子束高的能量，使板叠在整个端面的区域内与之焊接。另一方面业已证实这种连接技术不是特别稳定，因为板叠仅固定在平的表面上。

最后，EP0468125A2还公开了一种超声波喇叭形辐射体，其中，两个彼此相连的部分借助电子束或激光束焊连接。

以此为背景，本发明的目的是，提供一种前言所述类型但特性更佳的超声波转换器。此外本发明涉及一种用于在这种超声波转换器的超声波喇叭形辐射体与磁致伸缩式激励器之间建立持久连接的方法。

此目的通过按权利要求1所述的超声波转换器以及通过按权利要求8所述的方法达到。

除前言已提及的特征外，按本发明规定，激励器与超声波喇叭形辐射体在接触面区域内借助电子束焊和/或激光束焊连接，以及，接触面由至少一个安装槽的槽底构成，安装槽容纳激励器超声波喇叭形辐射体一侧的端部，以及，所述至少一个安装槽设计在超声波喇叭形辐射体面朝激励器那个端部的基座状隆凸内，以及，基座状隆凸的高度大于设计在其中的安装槽的深度。

在按本发明的方法中，除上述特征外补充规定，将电子束或激光束定向或导向为，使它在接触面的高度上并与之平行地，通过基座状隆凸的侧面界壁，进入设计为实心的超声波喇叭形辐射体内。

在本发明的范围内尤其表明，磁致伸缩式超声波转换器前言列举的疑难问题，相当重要的部分源于激励器与超声波喇叭形辐射体之间按现有技术采用的钎焊连接，所以按本发明以及按本发明制造的超声波转换器的特征尤其在于，效率更高、废热量较小以及多个在下面还要详细讨论的其他优点。

按本发明的超声波转换器的第一个优点可认为是，按本发明使用在接触面区域内的电子束焊或激光束焊工艺方法提供可能性，在制成按本发明的焊接前，超声波喇叭形辐射体、超声波喇叭形辐射体的接触面和/或激励器磁致伸缩的材料可以经受单独的热处理，确切地说，与之相关联的优点不会在以后制造激励器与超声波喇叭形辐射体之间的持久连接时事后重新消失或受不利的影响。

相比之下，由现有技术已知的硬钎焊法存在的缺点是，硬钎焊所需要的在约750℃范围内的温度，有害地重新改变了超声波喇叭形辐射体和/或激励器磁致伸缩材料事先通过昂贵的热处理造成的材料组织，从而使成品超声波转换器不再完全具有所述构件先前热处理的优点。反之，也包括与其他焊接方法相比，在电子束焊或激光束焊时给超声波转换器施加的温度较低，以及限于一个很小的范围。