[发明专利]感应加热辅助的振动焊接方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年7月9日提交的第61/363,022号美国临时专利申请的利益，其通过参考全部合并于此。

技术领域

本发明涉及一种感应加热辅助的振动焊接方法和装置。

背景技术

振动焊接的处理可以用于牢固地结合一个或多个工件的相邻表面。通过以校准范围的频率和方向给工件施加振动形成焊接。工件首先被放置在且夹在固定砧和焊接角或超声焊极（sonotrode）之间。在被激励时，超声焊极传递振动能量通过工件。通过摩擦产生的热沿交界面表面软化工件的材料，这最终形成固焊。振动焊接的部件的效率、一致性和可靠性/耐久性很大程度上取决于超声焊极、砧和用于形成焊接的各种其他焊接工具和控制设备的设计。

发明内容

提供一种用于在振动焊接处理期间增加一个或多个工件的选定部分和/或由所述一个或多个工件限定的选定焊接交界面的温度的振动焊接方法和系统。所述方法包括：使用感应加热设备加热选定的部分或焊接交界面，在一个可行实施例中，感应加热设备可被嵌入到焊接砧或者另一指定的焊接工具内。感应加热设备相对于工件的位置和/或定向确定产生的涡电流相对于相同工件的位置，并且因此确定待被加热的特定焊接交界面。

在振动焊接处理中，随着来自超声焊极的振动的热能耗散，焊接区的温度下降。即使对于给定的多片焊接构造来说可以在不同可行焊接交界面的每一个上产生相同热量，在给定焊接交界面的焊接温度也可能与其他焊接交界面的焊接温度显著不同。这主要是由于不同摩擦条件、工件的表面之间的不同相对运动、和散热片效果（所导致）。因此，可以使用感应加热设备通过在此陈述的感应而选择性地加热工件的指定部分，诸如工件的最厚部分或具有最高热传导性的工件的表面或部件。 

具体地，在此公开一种用于使用振动焊接系统对工件和/或形成的焊接交界面进行加热的方法，其中，焊接交界面由被焊接的工件的相邻表面来限定。所述方法包括相邻于焊接工具定位工件，使得焊接交界面也相邻于焊接工具，然后，使用感应加热设备在焊接工具和工件之一中产生涡电流。一旦在围绕被激励的感应加热设备的电磁场中的所有导体内产生涡电流，就通过传导将焊接交界面加热到校准的阈值温度或加热到校准的温度范围内。其后，在上述加热步骤之后或与其同时，可使用振动焊接系统的超声焊极来振动焊接工件。

另外，一种用于使用振动能量来焊接工件的相邻表面的振动焊接系统，包括：焊接工具、嵌入在该焊接工具内的感应加热设备、和控制器。感应加热设备一旦被激励，就产生足以加热由工件的相邻表面限定的焊接面的（多个）涡电流。控制器调制发送到感应加热设备的电流和频率以维持焊接温度在校准的阈值之上。感应加热设备的设计、位置和定向最终确定焊接工具或工件是否被彻底加热。

根据下面结合附图而对实现本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点是明显的。

本发明还提供如下方案：

1. 一种振动焊接方法，其包括：

将工件放置成与焊接工具相邻，使得所述工件限定与所述焊接工具相邻的焊接交界面；

使用感应加热设备在所述焊接工具和所述工件之一中产生涡电流，从而通过传导将所述工件或所述焊接交界面加热到校准阈值温度；以及

在所述工件或所述焊接交界面达到所述校准阈值温度之后，使用来自超声焊极的振动形成焊接。

2.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：将所述感应加热设备嵌入到所述焊接工具中。

3.如方案2所述的方法，其特征在于，在所述焊接工具中嵌入所述感应加热设备包括将所述感应加热设备嵌入在砧头中。

4.如方案1所述的方法，其特征在于，使用感应加热设备产生涡电流包括：

自动调制交流（AC）电信号以产生调制AC电信号；以及

通过控制模块向所述感应加热设备发送所述调制AC电信号。

5.如方案1所述的方法，其特征在于，放置所述工件包括相邻于固定焊接砧放置导电互连部件和电池的导电垫片。

6.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括：

调节所述感应加热设备相对于所述工件的位置，从而改变所述涡电流相对于所述工件的位置。

7.一种用于使用振动能量来焊接工件的相邻表面的振动焊接系统，所述焊接系统包括：

焊接工具；

感应加热设备，其被配置为对所述工件或由所述工件的所述相邻表面限定的焊接交界面加热；以及