單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及到超聲振動金屬焊接技術領域，尤其是涉及一種利用單激勵超聲橢圓振動的超聲振動金屬焊接裝置。
【背景技術】
[0002]超聲波作為一種機械振動，同時也是能量傳遞的載體，在實際生產、生活中得到了廣泛應用。目前超聲波在焊接領域的應用也越來越廣泛，相繼出現了超聲波塑料焊接、超聲波金屬焊接、超聲波釬焊、電弧超聲焊接技術、超聲-TIG復合焊接以及超聲-MIG復合焊接等一系列新技術。
[0003]超聲波金屬焊接是由50Hz低頻電流轉換成15?20KHz高頻電流，高頻電能經過焊接機換能裝置轉換成機械振動能量在一定的靜壓力作用下，使金屬表面之間形成摩擦將物體表面和氧化物分散開并不改變其自身的金相組織的一種同種金屬或者異種金屬表面分子之間的相互滲透相互擴散的固相焊接方法，焊接過程中金屬表面并沒有達到熔點，但在機械振動摩擦作用下產生大量的熱量，因此需要在每一次的焊接后必須保證焊頭和焊座的充分冷卻，從而建立一個干凈、可控的、擴散的焊層。
[0004]超聲橢圓振動在超聲振動切削、超聲焊接、超聲研磨、超聲拋光、直線超聲電機和旋轉超聲電機等領域具有較廣泛的應用。目前研宄人員大多采用縱向振動、扭轉振動、彎曲振動和徑向振動中的兩種振動形式進行復合來產生超聲橢圓振動，需要采用兩組或兩組以上的壓電陶瓷片來激發產生具有一定相位差的兩個或多個振動模態，還必須為每組壓電陶瓷片配備一路超聲驅動電源信號，且需要控制各路超聲驅動電源信號之間的相位差，超聲振動系統和控制系統結構復雜，制造難度大、控制難度高、生產成本高、不易實現微型化、工作性能不夠穩定，這些問題制約了超聲橢圓振動換能器在工業生產中的應用與推廣。
[0005]為了進一步提高超聲波金屬焊接的效果和焊接效率，并充分發揮單激勵超聲橢圓振動的優勢，本實用新型研宄了一種新型的單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置。
【發明內容】
[0006]本實用新型提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置，目的是為了充分發揮單激勵超聲橢圓振動的優勢、提高超聲金屬焊接的效果和焊接效率。
[0007]單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置，包括加壓裝置、超聲振動隔離裝置、殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器、設置在橢圓振動模態轉換器前端的振動頭、設置在振動頭下方的上聲極、下聲極和超聲電源；超聲振動隔離裝置設置在加壓裝置和振動頭之間，用于隔離加壓裝置對超聲振動系統的影響；上聲極通過焊接或者螺釘聯接設置在振動頭的下方，下聲極設置在待焊接工件的下方，與上聲極同軸相對設置；所述的殼體單元包括前擋板、套筒和后擋板；所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有與殼體單元聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了超聲振動換能器的能量轉換部分，可將超聲電源輸出的超聲電信號轉換為超聲振動換能器的縱向超聲振動。
[0008]所述的橢圓振動模態轉換器與前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態轉換器焊接設置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態轉換器為斜楔形結構，斜楔形結構橢圓振動模態轉換器原整體為長方體，沿超聲振動換能器軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面平行于超聲振動換能器軸線，被切割過的另一側面與超聲振動換能器軸線成3-30度夾角。在橢圓振動模態轉換器與超聲換能器前蓋板的聯接處設有過渡圓弧；超聲換能器的中心軸線與振動頭的幾何中心軸線垂直；斜楔形結構橢圓振動模態轉換器中沿超聲換能器軸線方向的兩個近似梯形的側面與振動頭的幾何中心軸線也垂直。
[0009]橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器前端后構成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，使橢圓振動模態轉換器成為斜楔形結構的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；由于斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結構橢圓振動模態轉換器后，在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，且兩振動分量具有一定的相位差，進而在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端復合形成橢圓軌跡振動。
[0010]振動頭通過焊接或通過一個聯接螺釘聯接設置在橢圓振動模態轉換器的前端；當超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態轉換器末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動，并驅動振動頭和橢圓振動模態轉換器末端一起做超聲橢圓振動。
[0011]超聲振動換能器置于殼體單元內，超聲振動換能器的法蘭盤設置于套筒的上凹止口內，前擋板設置在法蘭盤的另一側，對整個超聲振動換能器起固定作用，后擋板設置在套筒的后側，防止灰塵、鐵肩等雜物進入到殼體單元內，影響超聲振動換能器工作性能；相比現有文獻介紹的超聲振動焊接裝置，該單激勵超聲橢圓振動焊接裝置具有功率容量大、能量轉換效率高、彎曲振動幅值大、結構簡單，制造容易、成本低、結構剛度大、控制驅動系統簡單、焊接速度快、焊點面積大、焊接強度高和工作性能穩定等優點。
[0012]更進一步，所述的超聲振動換能器只有一組縱向振動壓電陶瓷片。
[0013]更進一步，所述的超聲振動換能器只需要一路超聲電信號激勵。
[0014]更進一步，所述的超聲振動換能器的工作頻率范圍為18kHz_40kHz。
[0015]本實用新型采用了機械振動模態轉換機理把超聲振動換能器的縱向振動轉換為橢圓振動模態轉換器末端和振動頭的縱彎復合超聲橢圓振動，簡化了單激勵超聲橢圓振動焊接系統的整體結構，大大降低了振動系統的復雜程度，降低了制造、裝配難度和生產成本；另外該實用新型僅需要一路控制電路及超聲電源進行激勵，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動復合形成橢圓振動換能器的復雜超聲電源開發費用，簡化了控制電路及超聲電源結構，降低了控制電路及超聲電源成本，易于實現控制電路及超聲電源的集成化，提高了系統工作可靠性，工作性能穩定，應用前景廣闊。
[0016]圖1是本實用新型結構示意圖的前視圖。
[0017]圖2是本實用新型結構示意圖的俯視圖。
[0018]圖3是本實用新型中單激勵超聲橢圓振動換能器的前視圖。
[0019]圖4是本實用新型中單激勵超聲橢圓振動換能器的俯視圖。
[0020]圖5是本實用新型的應用實例示意圖。
[0021]圖中標號說明:1.螺栓，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5.前蓋板，6.法蘭盤，7.橢圓振動模態轉換器，8.振動頭，9.前擋板，10.套筒，11.后擋板，12.加壓裝置，13.超聲振動隔離裝置，14.上聲極，15.上工件，16.下工件，17.下聲極，18.超聲電源。
【具體實施方式】
[0022]結合圖1、2、3、4所示，單激勵超聲橢圓振動金屬焊接裝置，包括加壓裝置12、超聲振動隔離裝置13、殼體單元、置于殼體單元內的超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器7、設置在橢圓振動模態轉換