CN210099211U

CN210099211U - 焊接头及超声波焊接装置

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Publication number: CN210099211U
Application number: CN201920729438.1U
Authority: CN
Inventors: 刘小荣; 徐慧晖; 王磊
Original assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Current assignee: Contemporary Amperex Technology Co Ltd
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2029-05-21

Abstract

本实用新型涉及一种焊接头及超声波焊接装置，该焊接头包括：主体部，具有至少一个焊接面；多个第一焊齿，设置于焊接面上，且沿相交的第一方向和第二方向呈行列分布，其中，第一方向与焊接头的焊接移动方向呈预定角度θ，且预定角度θ＝45°±15°。该焊接头可以使工件在焊接过程中发生塑性变形产生的溢料在平行于和/或垂直于焊接头的焊接移动方向上受到第一焊齿的阻挡，从而防止溢料溢出焊接面而影响工件的最终尺寸，提高了工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率，节省了后期修整成本。

Description

焊接头及超声波焊接装置

技术领域

本实用新型涉及焊接技术领域，特别是涉及一种焊接头及超声波焊接装置。

背景技术

近几年金属材料的超声波焊接技术发展较快，尤其是铜、铝金属材料的接头焊接。由于铜、铝材料在熔焊过程中易出现脆化相，焊接后形成的连接接头可靠性较低，而超声波焊接的固相连接比较可靠，成为铜铝等异种金属材料连接的优选技术。

但是，金属材料的这种超声波焊接的焊接头对材料厚度很敏感，不易控制，尤其在高频、高压下容易发生焊接材料的塑性变形，导致焊接头外周产生溢料，影响焊接材料的最终尺寸，只能通过后期修整，降低了焊接质量和焊接效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种焊接头及超声波焊接装置，该焊接头可以提高工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率。

第一方面，本实用新型提出了一种焊接头，其包括：主体部，具有至少一个焊接面；多个第一焊齿，设置于焊接面上，且沿相交的第一方向和第二方向呈行列分布，其中，第一方向与焊接头的焊接移动方向呈预定角度θ，且预定角度θ＝45°±15°。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿为锥形结构体，第一焊齿靠近焊接面的一端为第一根部，相邻的两个第一焊齿的第一根部之间形成有第一间隙d1，第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1，其中，W1为第一根部在第一方向和第二方向上较小的截面宽度尺寸。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿远离焊接面的一端形成有平行于焊接面的第一切面，且第一切面的截面面积C1与第一根部的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1。

根据本实用新型实施例的一个方面，焊接头还包括第二焊齿，第二焊齿设置于焊接面的边缘处，第二焊齿为锥形结构体，第二焊齿靠近焊接面的一端为第二根部，第一焊齿的第一根部的截面面积D1大于第二焊齿的第二根部的截面面积D2。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿的高度尺寸H1与第二焊齿的高度尺寸H2满足如下条件：H2＝(0.25～0.75)×H1。

根据本实用新型实施例的一个方面，第二焊齿远离焊接面的一端形成有平行于焊接面的第二切面，且第二切面的截面面积C2与第二根部的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿与第二焊齿在焊接面的边缘处交错设置。

根据本实用新型实施例的一个方面，第一焊齿的第一根部与相邻的第二焊齿的第二根部之间形成有第二间隙d3，第二间隙d3的宽度尺寸等于第一间隙d1的宽度尺寸。

根据本实用新型实施例的一个方面，焊接面的外侧边缘设置有圆角，圆角的半径尺寸R满足如下条件：R≥0.5×W2，其中，W2为第二焊齿的第二根部在第一方向和第二方向上较小的截面宽度尺寸。

另一方面，本实用新型还提出了一种超声波焊接装置，其包括：超声波振荡器，产生超声波；如前所述的任一种焊接头，焊接头与超声波振荡器连接。

本实用新型实施例提供的一种焊接头及超声波焊接装置，通过在焊接头的至少一个焊接面上设置沿相交的第一方向和第二方向呈行列排布的多个第一焊齿，且第一方向与焊接头的焊接移动方向倾斜预定角度设置，使得工件在焊接过程中发生塑性变形产生的溢料在平行于和/或垂直于焊接头的焊接移动方向上受到第一焊齿的阻挡，从而防止溢料溢出焊接面而影响工件的最终尺寸，提高了工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率，节省了后期修整成本。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本发明实施例提供的一种超声波焊接装置的结构示意图；

图2是图1所示的超声波焊接装置中的焊接头的立体结构示意图；

图3是图2所示的焊接头的区域B的放大结构示意图；

图4是图2所示的焊接头的局部结构示意图。

其中：

1-第一焊齿；11-第一根部；12-第一切面；13-第一锥形斜面；θ-预定角度；α-第一倾斜角度；2-第二焊齿；21-第二根部；22-第二切面；23-第二锥形斜面；β-第二倾斜角度；3-主体部；3a-焊接面；3b-圆角；4-耦合部；5-固定部；

100-焊接头；200-超声波振荡器；M1-第一工件；M2-第二工件。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的焊接头的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图4对本实用新型实施例提供的焊接头及超声波焊接装置进行详细描述。

参阅图1，本实用新型实施例提供了一种超声波焊接装置，其包括焊接头100和超声波振荡器200，超声波振荡器200用于产生超声波，焊接头100与超声波振荡器200连接。

如图1所示，焊接头100与超声波振荡器200电连接后，超声波振荡器可以将例如60HZ交流电流转换成20kHZ或以上的高频率电流，将电能转换成作为机械能的超声波，并将超声波放大以传递到焊接头100，焊接头100汇聚一定的振幅及能量对第一工件M1和第二工件M2进行焊接。

具体来说，超声波振荡器200产生的超声波通过焊接头100作用于第一工件M1和第二工件M2时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过第一工件M1把超声波能量传送到焊区，由于焊区即第一工件M1和M2的交界面处声阻大，因此会产生局部高温聚集在焊区，致使第一工件M1和第二工件M2的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。

焊接过程既不向第一工件M1、第二工件M2输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将超声波振荡器的振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，焊接强度能接近于原材料强度。

该超声波焊接装置除了可以焊接塑料工件外，还可以对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接，广泛应用于可控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片、极耳的焊接。

下面结合附图详细描述本发明实施例提供的焊接头100的具体结构。

请一并参阅图2和图3，本实用新型实施例提供了一种焊接头100，其包括主体部3和设置于主体部3上的多个第一焊齿1。

主体部3具有至少一个焊接面3a，可选地，主体部3设置为柱状结构体，例如方形柱或者圆柱，至少一个焊接面3a设置于主体部3的一端的周向上。

多个第一焊齿1设置于焊接面3a上，且沿相交的第一方向X和第二方向Y呈行列分布，其中，第一方向X与焊接头的焊接移动方向V呈预定角度θ，且预定角度θ＝45°±15°。可选地，第一方向X和第二方向Y相互垂直，便于加工焊接头。

第一焊齿1用于与工件进行摩擦接触，在工件不发生熔化的情况下将两个工件实现固态焊接，工件可以为同种或者异种金属材料，例如铜、银、铝、镍等。

工件在第一焊齿1的焊接过程中会发生塑性变形产生溢料，该溢料在平行于和/或垂直于焊接头的焊接移动方向V上受到第一焊齿1的阻挡，可以防止溢料溢出焊接面而影响工件的最终尺寸，甚至与其它部件发生干涉。

另外，焊接头100还包括与主体部3连接的耦合部4，耦合部4的一端可以与例如超声波振荡器连接，另一端通过固定部5与主体部3可拆卸连接，例如螺纹连接，便于更换焊接头100。

本实用新型实施例提供的焊接头100，通过在至少一个焊接面上沿相交的第一方向X和第二方向Y设置呈行列排布的多个第一焊齿1，且第一方向X与焊接头的焊接移动方向呈倾斜角度设置，使得工件在焊接过程中发生塑性变形产生的溢料在平行于和/或垂直于焊接头的焊接移动方向上受到第一焊齿1的阻挡，从而防止溢料溢出焊接面3a而影响工件的最终尺寸，提高了工件在高频、高压工况下的焊接质量和焊接效率，节省了后期修整成本。

下面结合附图进一步详细的描述该焊接头的具体结构。

再次参阅图3，第一焊齿1为锥形结构体，例如但不限于圆锥体、四棱锥体或者六棱锥体等棱锥体。第一焊齿1靠近焊接面3a的一端为第一根部11，相邻的两个第一焊齿1的第一根部11之间形成有第一间隙d1，第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1，其中，W1为第一根部11在第一方向X和第二方向Y中较小的截面宽度尺寸。

可选地，第一焊齿1的第一根部11在第一方向X和第二方向Y的截面宽度尺寸相等。第一间隙d1可以防止工件摩擦生热后的材料在焊接过程中粘结于第一焊齿1的表面上，影响焊接操作。

第一焊齿1远离焊接面3a的一端形成有平行于焊接面3a的第一切面12，且第一切面12的截面面积C1与第一根部11的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1。一般来说，第一焊齿1与金属工件的焊区表面接触深度可以为0.5mm-0.6mm，第一切面12可以防止第一焊齿1穿透工件，提高焊接的稳定性。

另外，第一焊齿1的第一根部11与第一切面12之间形成有第一锥形斜面13，第一锥形斜面13相对于焊接面3a的第一倾斜角度α＝45°±15°，以使工件在焊接过程中实现更好的塑性变形及摩擦生热。

由于多个第一焊齿1沿与焊接头的焊接移动方向V呈预定角度θ的第一方向X和第二方向排布，导致焊接面3a边缘处的第一焊齿1的高度可能比会比中间的第一焊齿1略低，或者第一焊齿1的第一根部11的截面面积D1不完整，或者可能存在未被第一焊齿1覆盖的区域。

进一步地，焊接头100还包括第二焊齿2，第二焊齿2设置于焊接面3a的边缘处。为了防止工件焊接过程中产生的溢料堵塞至未被第一焊齿1覆盖的区域，难于清理，可选地，第二焊齿2填充至焊接面3a的边缘处且未被第一焊齿1覆盖的区域。

第二焊齿2为锥形结构体，例如但不限于圆锥体、四棱锥体或者六棱锥体等棱锥体，且第二焊齿2为锥形结构体，第二焊齿2靠近焊接面3a的一端为第二根部21，第一焊齿1的第一根部11的截面面积D1大于第二焊齿2的第二根部21的截面面积D2。

多个第一焊齿1在工件焊接过程中发生塑性变形产生的溢料通过第一间隙d1排出至焊接面3a的边缘处。为了防止该溢料冷却固化为具有一定高度的溢料颗粒而影响工件的最终尺寸，可以通过第二焊齿2及时对溢料进行修整，由此，第一焊齿1的高度尺寸H1与第二焊齿2的高度尺寸H2满足如下条件：H2＝(0.25～0.75)×H1。

进一步地，焊接面3a边缘处的第一焊齿1的高度仍然高于第二焊齿2。由于第二焊齿2的高度相对较低，且第二根部21的截面面积D2较小，工件在第一焊齿1的焊接过程中产生的溢料被挤压至第二焊齿2与工件的焊区接触表面之间的空间，一个第一焊齿1在焊接工件过程中产生的溢料可以及时快速地通过两个以上的第二焊齿2进行修整，提高了修整的效率和美观度。第二焊齿2可以使溢料在冷却固化为具有一定高度的溢料颗粒之前因摩擦功而被均匀地压平附着于工件的表面，从而工件焊接后的最终尺寸可以满足使用要求，不会与其它部件发生干涉。

参阅图4，第二焊齿2远离焊接面3a的一端形成有平行于焊接面3a的第二切面22，且第二切面22的截面面积C2与第二根部21的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。第二切面22可以防止第二焊齿2穿透工件，提高焊接的稳定性。

当第一焊齿1的第一切面12与工件的焊区表面接触较深时，第二焊齿2的第二切面22也有可能会接触到工件的焊区表面，为了防止第二焊齿2穿透工件，提高焊接的稳定性，一般来说，第二焊齿2与金属工件的焊区表面的接触深度可以为0.3mm。

另外，第二焊齿2的第二根部21与第二切面22之间形成有第二锥形斜面23，第二锥形斜面23相对于焊接面3a的第二倾斜角度β＝45°±15°，以使工件在焊接过程中实现更好的塑性变形及摩擦生热。

焊接面3a可以呈方形或者圆形设置。例如焊接面3a为方形，多个第一焊齿1在焊接面3a上沿相交的第一方向X和第二方向Y呈行列分布，且第一方向X与焊接头的焊接移动方向V的预定角度θ为45°时，第一焊齿1与第二焊齿2在焊接面的边缘处交错设置。

由此，第一焊齿1的第一根部11与相邻的第二焊齿2的第二根部21之间形成有第二间隙d2，第二间隙d2的宽度尺寸等于第一间隙d1的宽度尺寸。由此，工件在焊接过程中产生的溢料可以沿第二间隙d2排出焊接面3a。

进一步地，焊接面3a的外侧边缘设置有圆角3b，圆角3b的半径尺寸R满足如下条件：R≥0.5×W2，其中，W2为第二焊齿2的第二根部21在第一方向X和第二方向Y上较小的截面宽度尺寸。圆角3b可以使溢料更顺利地排出焊接面3a。

另外，主体部3可以具有两个以上的焊接面3a，每个焊接面3a上的第一焊齿1和第二焊齿2的尺寸可以不同，以实现同一个焊接头可以焊接不同规格的金属工件，提高焊接头的通用性。并且，上述焊接头100不限于用于超声波焊接工艺中，还可以用于其它的焊接工艺中，例如熔焊等，不再赘述。

可以理解的是，第一焊齿1和第二焊齿2可以均为棱锥体，也可以其中一个为棱锥体，另一个为圆锥体，或者均为圆锥体等。对于不同材质的工件，例如塑料工件，第一焊齿1和第二焊齿2的结构、形状、排布、及其与工件的接触深度也有可能不同，根据具体的适用场合而定。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种焊接头(100)，其特征在于，包括：

主体部(3)，具有至少一个焊接面(3a)；

多个第一焊齿(1)，设置于所述焊接面(3a)上，且沿相交的第一方向(X)和第二方向(Y)呈行列分布，其中，所述第一方向(X)与所述焊接头的焊接移动方向(V)呈预定角度θ，且所述预定角度θ＝45°±15°。

2.根据权利要求1所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)为锥形结构体，所述第一焊齿(1)靠近所述焊接面(3a)的一端为第一根部(11)，相邻的两个所述第一焊齿(1)的所述第一根部(11)之间形成有第一间隙d1，所述第一间隙d1满足如下条件：d1＝(0.05～0.2)×W1，其中，W1为所述第一根部(11)在所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)上较小的截面宽度尺寸。

3.根据权利要求2所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)远离所述焊接面(3a)的一端形成有平行于所述焊接面(3a)的第一切面(12)，且所述第一切面(12)的截面面积C1与所述第一根部(11)的截面面积D1满足如下条件：C1<0.1×D1。

4.根据权利要求2所述的焊接头(100)，其特征在于，所述焊接头(100)还包括第二焊齿(2)，所述第二焊齿(2)设置于所述焊接面(3a)的边缘处，所述第二焊齿(2)为锥形结构体，所述第二焊齿(2)靠近所述焊接面(3a)的一端为第二根部(21)，所述第一焊齿(1)的所述第一根部(11)的截面面积D1大于所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)的截面面积D2。

5.根据权利要求4所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)的高度尺寸H1与所述第二焊齿(2)的高度尺寸H2满足如下条件：H2＝(0.25～0.75)×H1。

6.根据权利要求4所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第二焊齿(2)远离所述焊接面(3a)的一端形成有平行于所述焊接面(3a)的第二切面(22)，且所述第二切面(22)的截面面积C2与所述第二根部(21)的截面面积D2满足如下条件：C2<0.1×D2。

7.根据权利要求4所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)与所述第二焊齿(2)在所述焊接面(3a)的所述边缘处交错设置。

8.根据权利要求7所述的焊接头(100)，其特征在于，所述第一焊齿(1)的所述第一根部(11)与相邻的所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)之间形成有第二间隙d2，所述第二间隙d2的宽度尺寸等于所述第一间隙d1的宽度尺寸。

9.根据权利要求4所述的焊接头(100)，其特征在于，所述焊接面(3a)的外侧边缘设置有圆角(3b)，所述圆角(3b)的半径尺寸R满足如下条件：R≥0.5×W2，其中，W2为所述第二焊齿(2)的所述第二根部(21)在所述第一方向(X)和所述第二方向(Y)上较小的截面宽度尺寸。

10.一种超声波焊接装置，其特征在于，包括：

超声波振荡器(200)，产生超声波；

如权利要求1至9任一项所述的焊接头(100)，所述焊接头(100)与所述超声波振荡器(200)连接。