[发明专利]绝热振动焊接工具

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月29日提交的美国临时专利申请No.61/299,403、2010年4月16日提交的美国临时专利申请No.61/324,785和2010年7月12日提交的美国临时专利申请No.61/363,340的优先权和权益，所述临时申请的全部内容在此通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明涉及具有一个或多个绝热焊接工具的振动焊接系统。

背景技术

在振动焊接工艺（例如超声焊接）中，工件或多个工件的相邻表面通过将标定振动施加到工件而结合在一起。在标定振动传递通过其结构时，工件被夹持。振动沿工件的界面产生表面摩擦。得到的热量软化界面，从而结合工件以形成焊接件。

振动焊接系统包括各种焊接工具，包括焊接角（welding horn ）或超声焊极（sonotrode），在其被激励时振动且直接连接至一个或多个焊垫（welding pad）或与之一体形成。所述焊垫包括滚花（knurls）或者与所述工件物理接触的其它纹理表面图案。在焊接砧（anvil）（另一种焊接工具）上可存在类似滚花，其中，工件紧密地夹持在焊接砧和超声焊极之间。焊接砧还可以包括相对大的金属件，从而提供与超声电极对抗的所需刚度，其中，该附加金属件在本文称为焊接机本体。

发明内容

因此，提供一种使用振动沿工件的焊接界面形成焊接件的焊接组件。所述组件包括焊接工具和热屏障。所述热屏障定位靠近焊接工具且配置成使得在焊接界面处或沿焊接界面由振动产生的热的耗散速率最小化。

热屏障可包括被连接或涂覆到焊接工具的绝热层，且任选地包括涂覆于绝热层的耐磨层。热屏障可以是涂覆于焊接工具的期望表面（例如，焊接工具的滚花图案或焊接工具内部）的化学层和/或连接到焊接工具表面的机械层。

焊接工具可以是焊接砧组件和/或超声焊极组件的一部分。在一个实施例中，焊接工具包括本体部分和可拆卸或模块化头部部分。在一个实施例中，本体和头部部分可限定靠近热屏障的多个气隙。

如上所述，焊接工具可以是焊接砧组件的一部分。因而，也公开一种绝热焊接砧组件，其包括焊接砧本体、焊接砧头和热屏障。焊接砧头定位靠近焊接砧本体，且热屏障被连接或涂覆到焊接砧本体和/或焊接砧头。所述热屏障配置成使得由振动超声焊极产生的任何热耗散到焊接砧本体内的速率最小化。

一种振动焊接方法，包括：将热屏障定位靠近第一焊接工具的本体和头部中的一个；以及将工件定位在所述头部和第二焊接工具之间。所述方法还包括使用功率源致使第一和第二焊接工具中的一个振动，然后，经由热屏障使得由被致使振动的具体焊接工具产生的任何热耗散到第一焊接工具本体的本体中的速率最小化。

方案1. 一种使用振动沿工件的焊接界面形成焊接件的焊接组件，所述组件包括：

焊接工具；和

热屏障，所述热屏障定位靠近焊接工具的表面，其中，所述热屏障包括操作性地连接到焊接工具的绝热层；

其中，所述热屏障配置成使得由振动产生的热从界面耗散的速率最小化。

方案2. 根据方案1所述的焊接组件，其中，所述热屏障还包括靠近绝热层定位的耐磨层。

方案3. 根据方案1所述的焊接组件，其中，焊接工具是焊接砧组件和超声焊极组件中的一个的一部分。

方案4. 根据方案1所述的焊接组件，其中，绝热层包括以下之一：涂覆到焊接工具表面的化学层、以及连接到焊接工具表面上的机械层。

方案5. 根据方案1所述的焊接组件，其中，绝热层具有的厚度是大约5微米至大约25微米。

方案6. 根据方案5所述的焊接组件，其中，绝热层基本上由以下材料之一制成：钇稳定氧化锆、氧化铝、铝酸镧、锆石、金属-玻璃复合物、绝热带、以及聚酰胺薄膜。

方案7. 根据方案1所述的焊接组件，其中，焊接工具包括本体部分和可拆卸头部部分，其中，本体部分和可拆卸头部部分均限定靠近热屏障的多个气隙。

方案8. 一种用于振动焊接工件的绝热焊接砧组件，包括：

焊接砧本体；

焊接砧头，所述焊接砧头定位靠近焊接砧本体；和

热屏障，所述热屏障定位靠近焊接砧本体和焊接砧头中的一个，其中，热屏障包括绝热层，所述绝热层配置成使得在振动焊接工件期间当超声焊极由功率源激励时由振动超声焊极产生的热耗散到焊接砧本体内的速率最小化。

方案9. 根据方案8所述的焊接砧组件，其中，绝热层包括以下中的至少一个：化学层、弹簧和垫片。