[实用新型]超声波换能器及焊接机

说明书

技术领域

本实用新型涉及换能器领域，具体而言，涉及一种超声波换能器及焊接机。

背景技术

超声波换能器是焊接机的核心部件，主要由振子和调幅器两部分组成，功能是在电信号的激励下，通过振子自身的简谐振动并带动整个换能器共振，从而将电能转化为机械能。换能器振子采用夹心式结构，由预应力螺栓把前后驱动块、压电晶片和电极片夹紧组成。前驱动块和调幅器通过连接螺丝组装。

当在压电晶片两极施加电压时，由于压电陶瓷材料的逆压电效应，压电晶片会在厚度方向(即换能器的轴向)产生形变，该形变在交变电流的作用下反复伸张压缩从而将电能转化为机械能。振子在交变电流的作用下以谐振频率发生周期性的伸张压缩形变，同时也带动调幅器共振，这样振子和调幅器就各自变成了一个简谐振动单元，振子受电信号激励，再激励调幅器，两者共振。每个谐振单元在输出轴向振幅的同时，径向也会周期性的产生形变，在单元两端轴向形变最大，径向形变最小，而中间节点位置正相反。谐振单元的结构增益与节点两端的质量比成正比，超声波换能器产生振幅的大小既取决于振子和调幅器各自的结构增益，又和施加的电压高低有关。输出振幅影响超声波换能器的输出功率，振幅越大，电压越高，可输出功率越高。但是结构增益增大会引起材料内部应力升高，加速疲劳，影响使用寿命。而提高工作电压会引起振子自身发热，如果温度升高太快，会严重影响换能器的电声转换效率。

在相关技术中，为了保证超声波换能器的有效输出，避免快速发热，通常采用降低超声波换能器的结构增益或者降低工作电压的方法，通过提高调幅器的增益来保证振幅，或者增加压电晶片数量。

相关技术方案中，不管是降低超声波换能器的结构增益，还是降低工作电压，都会降低超声波换能器的输出振幅，限制超声波焊接机的输出功率。这样 对于一些面积比较大或者材料熔点比较高的零件时，就难以满足应用要求。在这种情况下，为了提高振幅和输出功率，只能提高调幅器的结构增益，或者增加振子的压电晶片数量。如果提高调幅器增益，就要增加节点前端的材料质量，即增大振子连接端的半径，或者减小节点后端即输出端的半径，但是这样会引起材料内部应力的过分集中，而半径减小后的输出端承受内部应力过高会更容易发生断裂，同时还会增加材料成本和加工成本。如果增加振子的压电晶片数量，也会增加材料成本，并且增加能耗。

另外，从安装方式上，市场上出于成本和通用性的需要，通常对换能器的安装法兰尺寸有统一的尺寸要求。因此，调幅器的安装法兰需要考虑通用性的要求，这样也就限制了调幅器的最大半径。而为了提高调幅器的增益，目前一般采用锥形结构(如图1所示)或者圆柱结构(如图2所示)，但是无论哪种方式，调幅器的增益都会受到结构的限制。

针对相关技术中的换能器的调幅器的增益受到结构限制的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种了超声波换能器及焊接机，包括：

一方面，提供了一种超声波换能器，包括：振子和调幅器，所述调幅器包括：安装法兰；振子连接端，其中，所述振子连接端包括：第一端和第二端，其中，所述第一端与所述振子相连接，所述第二端与所述安装法兰相连接，所述第一端的半径大于所述第二端的半径。

优选地，所述振子包括：压电晶片组；前驱动块，所述前驱动块的一端与所述压电晶片组的一端相连接，所述前驱动块的另一端与所述振子连接端的第一端相连接，其中，所述前驱动块为阶梯型结构；后驱动块，与所述压电晶片组的另一端相连接；电极片，位于所述压电晶片组中每个压电晶片的上下两侧；预应力螺栓；与该预应力螺栓配合的组装螺孔，位于所述前驱动块上；其中，所述前驱动块、所述后驱动块、所述电极片、所述压电晶片组通过所述预应力螺栓和所述组装螺栓的旋紧，固定连接。

优选地，所述压电晶片组位于所述振子的轴线的中心位置。

优选地，所述振子还包括：输出端连接螺孔，位于所述前驱动块上，用于和位于振子连接端上的螺栓配合，将所述振子和所述调幅器相连接。

优选地，所述安装法兰位于所述调幅器的轴线的中心位置。

优选地，所述第一端和所述第二端之间通过第三端连接，其中，所述第三端沿着所述调幅器的轴线的剖面在所述调幅器的纵切面上的投影为圆弧。

优选地，所述调幅器还包括：

连接螺孔，与焊接机上的焊头相连接，组成焊接单元。

优选地，所述第二端的半径小于所述安装法兰的半径。

另一方面，提供了一种超声波焊接机，包括：上述的超声波换能器。