[发明专利]用于减少焊接期间的气穴形成的系统和方法

说明书

本发明公开了用于减少焊接期间的气穴形成的系统和方法。本技术公开了一种系统，所述系统用于使用比如超声波能量的能量来接合工件，其中，所述能量集中在焊接区域中的位置处，促进多个导能件的顺序熔化。所述系统可配置为使所述顺序熔化始于所述焊接区域的中心处并且向外扩展。通过使用配置用于减少气穴的焊嘴、逐渐减小多个导能件的高度和/或逐渐减小所述导能件本身，可发生顺序熔化，这些措施均会减小由热能产出的能量转移区域的尺寸。本技术还包括一种方法，所述方法用于使用比如超声波能量的能量来接合工件，所述能量集中在焊接区域中的位置处，使得通过使用上述特征来顺序地焊接多个导能件。

技术领域

本技术大致涉及通过焊接来连接工件。更加具体地，本技术涉及用于避免在焊接接合的复合材料中形成气隙的系统和方法。

背景技术

超声波焊接是一种工业技术，高频超声波声学振动通过这种工业技术被局部地施用至在压力下保持在一起的工件，以便创建固态焊缝。这种技术通常用于塑料，比如用于接合不同的材料。这种技术用在比如汽车、器械、电子、玩具、包装、纺织和医药等工业中。

导能件（energy director）是材料的凸起部分，该材料模塑、设置、附接或以其他方式接触或定位为邻近在超声波焊接期间使用的工件的表面。导能件集中超声波能量以快速地开始软化和熔化接合界面处的表面。

图1图示了常规超声波焊接工艺，用于将第一工件110和第二工件120结合在一起。如在步骤100中所示，第一工件110定位为与第二工件120接触，第二工件120包括多个导能件130。焊嘴150定位为接近第一工件110的上表面。焊嘴150通常具有斜切的（例如，倒棱的）边缘，斜切的（例如，倒棱的）边缘设计用于与第一工件110的上表面接触。

在步骤106处，焊嘴150与第一工件110的上表面接触，创建能量转移区域160，能量转移区域160最初由位于焊嘴150的斜切的边缘与第一工件110的上表面之间的接触区域形成。由于来自焊嘴150的超声波振动穿过能量转移区域160并且在各个导能件130中生成热量，所以与能量转移区域160直接相邻的各个导能件130开始同时熔化。最终，能量转移区域160可扩张通过第一工件110的某些或全部。此外，能量转移区域160可扩张通过导能件130和/或第二工件120的某些或全部。

图2图示了常规超声波焊接工艺的透视图。具体地，图2图示了随着焊嘴150沿着由箭头图示的指定的路径行进时能量转移区域160的主要方式（grandness）。焊嘴150可连续不断地或者以离散的间隔行进穿过第一工件110。在使用离散的间隔的情况下，焊嘴150（i）在第一焊接区域中形成焊缝，（ii）从第一焊接区域凸起，（iii）行进至第二焊接区域，以及（iv）下降以便在第二焊接区域中形成第二焊缝。

回去参照图1，在步骤109处，工件110和工件120接合以形成具有焊缝宽度170的焊缝。如图所示，气穴180形成于焊缝宽度170中。当导能件130熔化时，空气被捕获在焊缝中，形成气穴180，气穴180示出为在步骤106处形成并且在步骤109处在成品中出现。气穴180削弱焊缝的强度并且可导致过早损坏。

发明内容

由于上述缺陷，所以存在创建减少和/或消除气穴出现的超声波焊缝的需要。所提出的系统和方法将布置导能件或者可替换的焊嘴，以减少和/或消除超声波焊缝内的气穴出现。

根据本技术，导能件将以预定的方式布置和/或配置以避免气隙形成。在一个实施例中，所述导能件具有不同的高度，比如以形成一个或多个逐渐减小的轮廓。可替换地，或者此外，所述导能件中的一个或多个可本身具有逐渐减小的轮廓。

此外，焊嘴可以以预定的方式布置和/或配置以避免气隙形成。在一个实施例中，所述焊嘴本身形成逐渐减小的轮廓。在一个实施例中，各个具有逐渐减小的轮廓和/或高度不同的所述导能件可与具有逐渐减小的轮廓的所述焊嘴结合使用。