超聲波焊接工藝中工具粘附的消除的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及超聲波焊接工藝中工具粘附的消除。
【背景技術】
[0002]在超聲波焊接工藝中，金屬或塑料工件在焊炬/超聲焊極(sonotrode)和站座之間被夾持(clamped)在一起。這兩個焊接工具包括牢固地抓緊(grip)夾持工件的壓花的(knurled)焊接墊。響應于來自超聲焊極的振動能的沿著工件的分界面的摩擦最終產生大量的熱量。產生的熱量最終產生焊點或焊縫。夾持力的移除允許焊接墊從所述工件分開并釋放。然而，有時焊接墊會粘附到工件的表面。取決于粘附的嚴重程度，焊接質量和工藝效率會受到影響。
【發明內容】
[0003]本文公開了一種焊接系統，該焊接系統提供了兩個主結構，用于使用膠體氧化硅或其他合適的材料來降低表面粘附，即，表面剩余物在焊接工具上的機械移除/消除，以及例如在銅和鋁之間的不希望的化學反應的降低/消除。在特定的實施例中，焊接系統包括具有多個焊接墊的焊炬或超聲焊極。焊接系統還包括與超聲焊極通信的清理塊和控制器。控制器被編程以周期性地命令將超聲焊極夾持在清理塊上，以及在足以用于從焊接墊的表面移除剩余量的金屬的校準的持續時間內將超聲波能量傳遞到清理塊中。
[0004]控制器可被編程以計算焊接循環的數目，并且周期性地命令在校準數目的這樣的焊接循環之后將超聲焊極夾持在清理塊上。
[0005]在可能的實施例中，清理塊可包括鋁或其他的金屬棒和聚合體的表面材料，例如多孔性的聚乙烯硅石或多孔性的聚乙烯氧化鋁合成物，其可層疊在鋁棒上。
[0006]可選擇的施加臺可用于施加抗粘附材料例如膠體氧化硅的薄的犧牲層，到焊接墊。在這樣的實施例中，控制器可被編程以檢測從焊接第一金屬的金屬工件到焊接不同的第二金屬的金屬工件的過渡，第二金屬不同于第一金屬并且與第一金屬是反應性的。一個這樣的示例性的金屬對是鋁和銅。
[0007]控制器在檢測到所述過渡時使超聲焊極運動到施加臺，并且命令抗粘附材料施加到焊接墊作為犧牲層。而且，控制器命令超聲焊極從施加臺運動到第二金屬工件，以及此后命令超聲焊極以校準的頻率在一足以形成焊接部在第二金屬的工件上的持續時間內振動。
[0008]施加臺可包括充滿著抗粘附材料的海綿狀物。在這樣的實施例中，控制器可被編程以通過命令施加足以使焊接墊與飽和的海綿狀物直接接觸的力到超聲焊極來命令抗粘附材料施加到焊接墊。
[0009]在替代的選擇中，施加臺可包括與流體栗流體連通的噴嘴，在該情況下，控制器通過命令抗粘附材料經由流體栗循環到噴嘴來命令抗粘附材料施加到焊接墊。
[0010]優選地，施加臺包括覆蓋有所述抗粘附材料的實心塊或基質(matrix)，并且其中所述控制器通過命令施加足以使所述焊接墊與所述實心塊或基質進行接觸的力到所述超聲焊極來將所述抗粘附材料施加到所述焊接墊。
[0011 ] 優選地，第一金屬是銅、并且所述第二金屬是鋁。
[0012]還公開了一種用于降低在超聲波焊接系統中的工具粘附的方法，所述超聲波焊接系統具有帶多個焊接墊的超聲焊極，清理塊以及控制器，所述方法包括:經由控制器確定焊接循環的閾值數目的完成；經由控制器，響應于所述焊接循環的閾值數目的完成，命令所述超聲焊極夾持在所述清理塊上；并且在足以從焊接墊移除剩余量的預定金屬的校準的持續時間內將超聲波能量從所夾持的超聲焊極傳遞到所述清理塊中。
[0013]優選地，命令所述超聲焊極夾持在所述清理塊上包括命令所述超聲焊極夾持在層疊有聚合物材料的鋁棒上。
[0014]優選地，所述聚合物材料是多孔性的聚乙烯硅石或多孔性的聚乙烯氧化鋁。
[0015]優選地，所述焊接系統包括施加臺，該施加臺是可操作的，用于施加抗粘附材料的犧牲層，所述方法還包括:檢測從焊接第一金屬的工件到第二金屬的工件的過渡，其中所述第二金屬不同于第一金屬且與該第一金屬是反應性的；在檢測到所述過渡時命令所述超聲焊極運動到所述施加臺；施加抗粘附材料到焊接墊作為犧牲層；命令所述超聲焊極從施加臺運動到第二金屬工件；并且命令所述超聲焊極以校準的頻率在足以形成焊接部在第二金屬的工件上的持續時間內的振動。
[0016]優選地，抗粘附材料包括膠體氧化硅。
[0017]優選地，施加臺包括充滿著抗粘附材料的海綿狀物，并且其中施加抗粘附材料包括施加足以使所述焊接墊與所述海綿狀物進行接觸的力到所述超聲焊極。
[0018]優選地，施加臺包括與流體栗流體連通的噴嘴，以及其中施加抗粘附材料包括命令抗粘附材料經由流體栗循環到噴嘴。
[0019]優選地，施加臺包括覆蓋有抗粘附材料的實心塊或基質，以及其中所述控制器通過命令施加足以使所述焊接墊與所述實心塊或基質進行接觸的力到所述超聲焊極來施加所述抗粘附材料到所述焊接墊。
[0020]優選地，第一金屬是銅、并且所述第二金屬是鋁。本公開內容的以上特征和優點及其他特征和優點從以下當與附圖結合考慮的詳細描述是容易顯而易見的。
【附圖說明】
[0021]圖1是具有帶有如本文所述的犧牲層的超聲焊極的示例性振動焊接系統的示意性的側視圖；
[0022]圖1A是用于圖1所示的振動焊接系統中的可選擇的噴射類型的施加臺的示意圖；
[0023]圖2是示例性的電池組模塊的示意性的透視的側視圖，該示例性的電池組模塊具有金屬調整片并互連經由圖1的振動焊接系統可結合在一起的不同材料的構件；
[0024]圖3是描述用于經由圖1所示的振動焊接系統形成焊接的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]參照附圖，其中相同的附圖標記指代相同的部件，并且從圖1開始，焊接系統10示意性地示出在圖1中。焊接系統10使用焊接組件12，即，為焊炬/超聲焊極14和砧座16形式的焊接工具，以焊接在圖1的右下部處示出的一組工件40。工件40本文被描述并且在圖2中作為示例性電池組模塊的一部分。然而，其他的金屬工件40可經由焊接系統10焊接而沒有背離預期的發明范圍。
[0026]如在此所描述的焊接系統10用來用超聲波焊接工件40，以周期性地清理相應的超聲焊極14和砧座16的壓花焊接墊21和/或23，并且在工藝中可選地施加一薄的犧牲層17到焊接墊21和/或23的表面以便減少或消除到工件40的表面粘附。這樣的表面粘附可不利地影響組合焊接的質量，和/或可影響工藝效率，如上所述的。例如，當超聲焊極14的壓花的或有紋理的焊接墊21或砧座16的焊接墊23粘附到工件40時，額外的步驟通常需要來釋放工件40。在一些情況下，額外的力被施加到超聲焊極14或工件40，其反過來會劃痕于焊接的外表和/或使工件40變形。本發明由此設法減少或消除這樣的工具粘附的情況或嚴重程度。用于焊接工件40的示例性方法100在下面參考圖3被更詳細地描述。
[0027]圖1所示的焊接系統可包括焊接控制器20，其可以電連接到50 - 60赫茲墻上插座或其他的合適的電源(未示出)。焊接控制器20可包括，例如，電壓整流器，變壓器，功率變換器(inverter)，和/或共同地將電源功率(無論它的形式如何)轉換成合適的周期信號的其他硬件。在超聲波焊接中，例如，這樣的周期信號具有大約20-40千赫的頻率，但該范圍可隨著特定的焊接應用而變化。
[0028]焊接系統10還可包括轉換器(converter) 22，該轉換器具有響應所述控制信號足以產生超聲焊極14的機械振動的機械結構。焊接墊21每個都具有足夠的帶紋理的壓花圖案，該壓花圖案適合于每當工件40通過校準(calibrated)的夾持力在超聲焊極14和站座16之間被夾持在一起時抓緊和保持工件40。砧座16典型地包括具有與焊接墊21類似的壓花圖案的焊接墊23。增幅器18，S卩，放大器，典型地用來根據需要增加任何從焊接控制器20命令的機械振動的振幅。
[0029]焊接系統10還可包括主控制器(C) 25，其與焊接控制器20通信，或與焊接控制器20集成。主控制器25可以實施為具有處理器P和存儲器Μ的計算裝置。一些存儲器Μ是有形的和非短暫的，例如光學或磁性介質。存儲器Μ還可包括隨機存取存儲器(RAM)和電可擦可編程只讀存儲器(EEPR0M)。控制器25還包括高速的時鐘，模擬-數字(A/D)和數字-模擬(D/A)電路，輸入/輸出電路和器件，以及信號調節和緩沖電路。常駐在控制器25中或者從而可訪問的任何算法或計算機可執行編碼，包括用于執行圖3的方法100所需要的任何編碼或指令，可儲存在存儲器Μ中并且由處理器P自動地執行以用超聲