[发明专利]超声波焊接和具有压头的焊头

说明书

一种接合方法，包括将第二工件布置成与第一工件相邻。该方法进一步包括识别在焊接位置处的第一和第二工件中的至少一者的确定的硬度参数。所确定的硬度参数通过估算、计算和测量中的至少一者来确定。该方法包括基于所确定的硬度参数来选择焊接计划，并且使用所选的焊接计划将第一工件和第二工件焊接在一起。焊头包括柄部和具有端面的尖端，该尖端布置在柄部的端部处并被构造成接触工件并将能量传递到工件。滚花布置在端面上，每个滚花具有远端。弯曲的压头从端面延伸到滚花的远端之外。

技术领域

本公开大体上涉及焊接，并且更具体地涉及用于超声波焊接的技术，以及焊头，其特别用于接合聚合物复合部件。

背景技术

超声波焊接可用于接合聚合物和/或金属部件。在超声波焊接中，塑料或金属部件被夹在焊头和砧座之间。为了利用超声波能量进行焊接，通过焊头的高频振动将高频振动施加到待接合的部件。焊头或超声焊极为产生超声波振动的工具，该超声波振动施加到诸如用于焊接、机械加工或混合的工件或材料。在超声波焊接的情况下，由于施加的机械力和由于机械振动在部件之间的界面处产生的热量而导致部件接合。

使用超声波焊接传递一致的焊接质量需要克服许多挑战。必须精确设置包括夹紧载荷、振动幅度和焊接时间的过程变量，并且必须考虑堆叠高度和材料的变化。在进行塑料焊接时，夹紧力必须保持足够低，以避免部件变形，而较硬的材料则需要较高的夹紧载荷。如果夹紧力太低或如果发生不对准，可能会导致焊缝形成不足。

尝试接合聚合物复合材料时，还会出现其他复杂情况，并且这些材料的焊接接头可能会出现差异。因此，聚合物复合材料通常诸如通过铆固或铆接或通过粘合剂机械地接合，以避免焊接接头破裂的问题，但是这些方法可能增加时间和费用。

发明内容

本文的发明人已经发现，在焊接的聚合物复合材料中焊接失效的主要原因在于，材料本身在单个工件上的硬度或局部材料特性发生变化。因此，由于使用仅针对工件的一部分的硬度或局部材料特性进行调整的焊接计划，对工件堆叠中的所有焊接位置应用相同的焊接计划很可能会产生良好的焊缝和差异焊缝。因此，本文提供一种方法，该方法包括基于各个单独焊接位置处的硬度或硬度参数来改变焊接计划。硬度或硬度参数可以例如通过压头的位移深度的相关性或通过初始力施加的动力的相关性在每个单独的焊接位置处确定。还提供了包括压头的焊头。

在可以与本文提供的其他形式或示例组合或分开的一个形式中，本公开提供了一种接合方法。该方法包括提供第一工件和将第二工件布置在第一工件附近。该方法包括在焊接位置处识别第二工件和/或第一工件的所确定的硬度参数，其中所确定的硬度参数通过估算、计算和/或测量来确定。该方法还包括基于所确定的硬度参数选择焊接计划以识别所选的焊接计划，并且使用所选的焊接计划将第一工件和第二工件焊接在一起。

在可以与本文提供的其他形式或示例组合或分开的另一个形式中，提供了用于将多个工件超声波焊接在一起的焊头。焊头包括柄部和具有端面的尖端。尖端布置在柄部的端部处，并构造成接触第一工件并将能量传递到第一工件。多个滚花布置在端面上，每个滚花具有远端。弯曲的压头从端面延伸到滚花的远端之外。