[实用新型]一种单激励超声椭圆振动金属焊接装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及到超声振动金属焊接技术领域，尤其是涉及一种利用单激励超声椭圆振动的超声振动金属焊接装置。

背景技术

超声波作为一种机械振动，同时也是能量传递的载体，在实际生产、生活中得到了广泛应用。目前超声波在焊接领域的应用也越来越广泛，相继出现了超声波塑料焊接、超声波金属焊接、超声波钎焊、电弧超声焊接技术、超声-TIG复合焊接以及超声-MIG 复合焊接等一系列新技术。

超声波金属焊接是由50Hz低频电流转换成15～20KHz高频电流，高频电能经过焊接机换能装置转换成机械振动能量在一定的静压力作用下，使金属表面之间形成摩擦将物体表面和氧化物分散开并不改变其自身的金相组织的一种同种金属或者异种金属表面分子之间的相互渗透相互扩散的固相焊接方法，焊接过程中金属表面并没有达到熔点，但在机械振动摩擦作用下产生大量的热量，因此需要在每一次的焊接后必须保证焊头和焊座的充分冷却，从而建立一个干净、可控的、扩散的焊层。

超声椭圆振动在超声振动切削、超声焊接、超声研磨、超声抛光、直线超声电机和旋转超声电机等领域具有较广泛的应用。目前研究人员大多采用纵向振动、扭转振动、弯曲振动和径向振动中的两种振动形式进行复合来产生超声椭圆振动，需要采用两组或两组以上的压电陶瓷片来激发产生具有一定相位差的两个或多个振动模态，还必须为每组压电陶瓷片配备一路超声驱动电源信号，且需要控制各路超声驱动电源信号之间的相位差，超声振动系统和控制系统结构复杂，制造难度大、控制难度高、生产成本高、不易实现微型化、工作性能不够稳定，这些问题制约了超声椭圆振动换能器在工业生产中的应用与推广。

为了进一步提高超声波金属焊接的效果和焊接效率，并充分发挥单激励超声椭圆振动的优势，本实用新型研究了一种新型的单激励超声椭圆振动金属焊接装置。

发明内容

本实用新型提供了一种新型的单激励超声椭圆振动金属焊接装置，目的是为了充分发挥单激励超声椭圆振动的优势、提高超声金属焊接的效果和焊接效率。

一种单激励超声椭圆振动金属焊接装置，包括加压装置、超声振动隔离装置、壳体单元、置于壳体单元内的超声振动换能器、椭圆振动模态转换器、设置在椭圆振动模态转换器前端的振动头、设置在振动头下方的上声极、下声极和超声电源；超声振动隔离装置设置在加压装置和振动头之间，用于隔离加压装置对超声振动系统的影响；上声极通过焊接或者螺钉联接设置在振动头的下方，下声极设置在待焊接工件的下方，与上声极同轴相对设置；所述的壳体单元包括前挡板、套筒和后挡板；所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板上设置有与壳体单元联接用的法兰盘，后盖板和前盖板通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板联接压紧, 构成了超声振动换能器的能量转换部分，可将超声电源输出的超声电信号转换为超声振动换能器的纵向超声振动。

所述的椭圆振动模态转换器和前盖板制作成一个整体设置在前盖板的前端，或者将椭圆振动模态转换器焊接设置在前盖板的前端。椭圆振动模态转换器包括直梁和斜梁构成的复合结构，直梁和斜梁垂直于其中心轴线的截面均为矩形，直梁的中心轴线和超声振动换能器的中心轴线重合，直梁的一端与超声换能器的前盖板联接，另一端悬伸；斜梁的一端和超声换能器的前盖板偏离中心轴线的一侧联接，另一端和直梁的中间部位联接，斜梁的中心轴线和直梁的中心轴线成0-90度夹角，直梁和斜梁与超声换能器前盖板的联接处均为圆弧过渡联接。斜梁的几何中心轴线和直梁的几何中心轴线所形成的平面与振动头的几何中心轴线垂直。

椭圆振动模态转换器设置在超声振动换能器前端后构成的组合件称为单激励超声椭圆振动换能器，椭圆振动模态转换器为直梁和斜梁复合结构的目的是为了改变单激励超声椭圆振动换能器的振动模态，使其纵向振动模态频率和弯曲振动模态频率接近或相等；由于斜梁结构的存在，超声振动换能器产生的纵向超声振动在传递到斜梁后，在斜梁根部分解为一部分纵向振动分量和一部分弯曲振动分量，当斜梁分解的纵向振动分量和弯曲振动分量传递到直梁后，和直梁上传播的纵向振动相复合，最终在直梁末端形成具有一定相位差的纵向振动分量和弯曲振动分量复合的超声椭圆振动。