[发明专利]双凸轮伺服焊接接线器

说明书

超声焊接设备将置于焊接区域中的金属件(例如线)进行连结，在焊接区域中金属件通过挤压高度砧座和可调整宽度砧座经历压力，且与超声套件的超声波发生器紧密接触。第一电动机促动高度砧座的运动，以形成用于金属件超声焊接的挤压力。第二电动机在焊接之前和焊接期间定位宽度砧座。例如测压元件这样的传感器测量形成的挤压力。独立于超声套件，传感器直接可测量高度砧座上的载荷。软件算法可对测压元件传感器的偏转和第一电动机促动运动中的无效运动进行补偿。

相关申请的交叉引用

本申请要求要求2017年9月15日提交的临时申请62/558,975的权益。

关于联邦赞助研究的声明

不可应用

背景技术

使用高频超声振动以在材料之间形成焊接部已经自1960年代便为人所知。超声焊接器使用通过施加到材料的超声振动产生的摩擦形成焊接部，而不是向材料施加热量。超声焊接被认为是连结塑料和金属的有效方法，且已经在许多行业中应用，从玩具行业到汽车和航空行业。超声焊接的流行是由于焊接部可容易地形成且每道焊接的成本低。超声焊接对连结小部件来说是理想的。

超声焊接是对弧焊或加热焊接或钎焊的替代方法，消除了消耗品，例如焊料或焊剂、部件回烧、对冷却水和高能量使用的需求。超声焊接操作的额外优势是在焊接过程期间产生极小的热量，使得部件损坏最小化。

超声金属焊接适于用在电子部件和管道密封中的相似且不同的非铁金属的组装。要通过超声焊接连结的部件在超声波焊枪和砧座之间在压力下保持在一起。施加约20到40kHz的频率的超声振动，且焊枪的振动使得部件在一起摩擦，其中合成剪切力去除表面污染物并露出裸露的金属区域。

在两个部件同时压在一起施加到焊接部的这种强烈的摩擦破坏基体金属的氧化皮。在施加到金属时，焊接部不通过熔化材料实现，而是通过固态焊接部的形成实现。超声振动造成表面粗糙部分的剪切和变形，其将存在于主体材料上的氧化物和污染物打散，这允许金属-金属接触和邻近表面的连结。这些过程使得两种材料进入充分的紧密接触，以发生原子水平的连结。材料的原子结构混杂在一起形成强表面分子固态连结，其是干净的且具有低电阻。摩擦形成的相对轻微的温度上升远低于熔点且不会对焊接部的形成起到实质影响。

通过不同过程在塑料和金属中实现超声焊接。在应用到塑料时，通过超声振动形成的摩擦足以熔化材料的已连结部分，在冷却时形成焊接部。超声焊接的焊接时间通常非常短，焊接时间通常在200到400毫秒的范围。对于关于超声焊接的其他一般公开参见NewDevelopments in Advanced Welding,Nasir Ahmed,ed.(2005)。

超声焊接系统的基本部件为压机、砧座、超声套件(ultrasonic stack)、超声产生器或电源以及电子控制器。要被焊接的工件置于压机和砧座之间，压机对工件施加压力。砧座允许超声振动被引导到材料的表面。放置工件(部件)的床或砧座允许通过所述套件产生高频率振动以被引导到焊接基体的界面。

超声套件通常包括转换器、增幅器和超声波发生器或“焊枪”。转换器将电能转换为机械振动；增幅器改变振动的幅度；超声波发生器对要被焊接的部件施加机械振动。这三个元件通常被调节以在相同的超声频率下共振(通常为20、35或40kHz)。这些套件部件连接到电子超声产生器，其将高功率AC信号输送到所述套件，同时将匹配所述套件的共振频率。

用户经由控制器对系统发出命令，所述控制器控制压机的运动，促动所述套件的电源，将焊接感应电信号传送到超声套件。所述套件的转换器部分将电信号转换为机械振动，同时增幅器可改变振动幅度。焊枪对工件施加振动。