專利名稱：一種大功率超聲波焊機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于焊接設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種超聲波焊機，具體涉及一種采用大功率、大振幅輸出的超聲波焊機。
背景技術(shù)：
超聲波焊接是一種固相焊接方法，焊件之間的連接是通過正壓力和高頻彈性振動能量的共同作用下實現(xiàn)摩擦、溫升和變形，從而使工件產(chǎn)生固相鍵合，具有高的焊接效率和良好的焊接接頭質(zhì)量，特別適用于具有高導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料(鋁、銀、銅、鎳等金屬)的焊接。
超聲波焊機是一種運用超聲技術(shù)的特種焊接設(shè)備，目前的超聲波焊機大多是用于塑料和1毫米以下的金屬絲箔小功率焊機(多數(shù)為3.3KW以下)，其可焊材料的種類和材料的厚度受到限制，制約超聲波焊接技術(shù)不能充分發(fā)揮其作用的主要因素是焊機的輸出功率和機械振動能量不夠大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種超聲波焊機，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率和大振幅輸出，從而大大擴大可焊材料的種類和可焊材料的厚度。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是，大功率超聲波焊機，包括發(fā)生器，發(fā)生器分別與換能器和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路連接，換能器、變幅聚能偶合裝置和上下聲極壓頭順序連接，發(fā)生器采用IGBT逆變式超聲波發(fā)生器。
發(fā)生器包括三相整流器、由發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4組成的逆變主電路和中頻變壓器T，三相整流器的兩個輸出端分別做串聯(lián)連接后與電容C1并聯(lián)形成逆變開關(guān)電路，電阻R1與電容C2，電阻R2與電容C3，電阻R3與電容C4，電阻R4與電容C5各自串聯(lián)后分別并接在發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的極射極間，電容C6與中頻變壓器T的初級繞組串聯(lián)后接在逆變開關(guān)電路輸出端，中頻變壓器T的次級繞組與換能器激磁繞組相連接，發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的柵極分別和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路的對應(yīng)端相連接。
換能器包括外殼，外殼內(nèi)設(shè)置有質(zhì)量塊和前輻射頭偶合連接，質(zhì)量塊與前輻射頭偶合連接之間連接有超磁致伸縮體，質(zhì)量塊與前輻射頭偶合連接之間、超磁致伸縮體的外圍連接有預(yù)應(yīng)力螺桿，超磁致伸縮體的周圍與預(yù)應(yīng)力螺桿之間設(shè)置有激磁線圈，外殼的內(nèi)壁上與超磁致伸縮體對應(yīng)處設(shè)置永磁偏磁鐵，前輻射頭偶合連接與外殼之間設(shè)置蝶簧，前輻射頭與前輻射頭偶合連接相連，并伸出外殼外。
預(yù)應(yīng)力螺桿平均分布3根。
本實用新型以IGBT發(fā)生器的逆變電路作為超聲波發(fā)生器，能將50HZ的工頻交流電轉(zhuǎn)化為10-40KHZ的中頻交流電，實現(xiàn)5-10kw的大功率輸出并具備功率、頻率、振幅可調(diào)，同時具有高效節(jié)能、動態(tài)響應(yīng)速度快和控制性能好的優(yōu)點；本實用新型的超聲波焊機能實現(xiàn)大的機械振動調(diào)節(jié)范圍(10-100μm)、高機械功率輸出(5-10KW)和良好的整機性能；因而可以進一步拓寬超聲波焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍，擴大可焊材料的種類和可焊材料的厚度。


圖1是超聲波焊機結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是本實用新型采用的發(fā)生器與換能器連接的等效電路示意圖；
圖3換能器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.發(fā)生器，2.驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路，3.換能器，4.變幅聚能偶合裝置，5.上下聲極壓頭，6.質(zhì)量塊，7.超磁致伸縮體，8.永磁偏磁鐵，9.激磁線圈，10.預(yù)應(yīng)力螺桿，11.蝶簧，12.前輻射頭，13.外殼，14.前輻射頭偶合連接，15.三相整流器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明。
參見圖1，大功率超聲波焊機，包括發(fā)生器1，發(fā)生器1采用IGBT逆變式超聲波發(fā)生器，發(fā)生器1分別與換能器3和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路2連接，換能器3、變幅聚能偶合裝置4和上下聲極壓頭5順序連接。
圖2中，本實用新型采用的IGBT逆變式超聲波發(fā)生器1包括三相整流器15、由發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3與IGBT4組成的逆變主電路和中頻變壓器T，三相整流器15的兩個輸出端分別做串聯(lián)連接后與電容C1并聯(lián)形成逆變開關(guān)電路，電阻R1與電容C2，電阻R2與電容C3，電阻R3與電容C4，電阻R4與電容C5各自串聯(lián)后分別并接在發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3和IGBT4的極射極間，電容C6與中頻變壓器T的初級繞組串聯(lián)后接在逆變開關(guān)電路輸出端，中頻變壓器T的次級繞組與換能器3激磁繞組相連接，發(fā)生器IGBT1、IGBT2、IGBT3和IGBT4的柵極分別和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路2的對應(yīng)端相連接。
圖3中，本實用新型采用的換能器包括外殼13，外殼13內(nèi)設(shè)置有質(zhì)量塊6和前輻射頭偶合連接14，質(zhì)量塊6與前輻射頭偶合連接14之間連接超磁致伸縮體7，質(zhì)量塊6與前輻射頭偶合連接14之間、超磁致伸縮體7的外圍連接有3根預(yù)應(yīng)力螺桿10，3根預(yù)應(yīng)力螺桿10平均分布，超磁致伸縮體7的周圍與預(yù)應(yīng)力螺桿10之間設(shè)置有激磁線圈9，外殼13的內(nèi)壁上與超磁致伸縮體7對應(yīng)處設(shè)置永磁偏磁鐵8，前輻射頭偶合連接14與外殼13之間連接蝶簧11，前輻射頭12與前輻射頭偶合連接14相連，并伸出外殼13外。
其工作原理是，發(fā)生器1經(jīng)驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路2(由PWM脈寬調(diào)制模塊和驅(qū)動模塊共同作用完成期望輸出調(diào)節(jié)驅(qū)動，頻率跟蹤電路執(zhí)行在線檢測反饋調(diào)節(jié)功能)控制處理將50HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泻线m電壓和頻率的中頻交流電信號輸出至換能器3，由換能器3輸出具有相應(yīng)頻率振幅的機械振動能量傳遞給變幅聚能偶合裝置4，由變幅聚能偶合裝置4將整理后的振動機械能最后通過上下聲極壓頭5傳遞給被焊工件，工件在彈性機械振能和在上下聲極壓頭5上外加的正壓力綜合作用下產(chǎn)生摩擦、溫升、變形和機械嵌合，最后形成牢固的焊接接頭。
權(quán)利要求1.一種大功率超聲波焊機，包括發(fā)生器(1)，發(fā)生器(1)分別與換能器(3)和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路(2)連接，換能器(3)、變幅聚能偶合裝置(4)和上下聲極壓頭(5)順序連接，其特征在于，所述發(fā)生器(1)采用IGBT逆變式超聲波發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率超聲波焊機，其特征在于，所述發(fā)生器(1)包括三相整流器(15)、由發(fā)生器(IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4)組成的逆變主電路和中頻變壓器(T)，三相整流器(15)的兩個輸出端分別做串聯(lián)連接后與電容C1并聯(lián)形成逆變開關(guān)電路，電阻R1與電容C2，電阻R2與電容C3，電阻R3與電容C4，電阻R4與電容C5各自串聯(lián)后分別并接在發(fā)生器(IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4)的極射極間，電容C6與中頻變壓器(T)的初級繞組串聯(lián)后接在逆變開關(guān)電路輸出端，中頻變壓器(T)的次級繞組與換能器(3)激磁繞組相連接，發(fā)生器(IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4)的柵極分別和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路(2)的對應(yīng)端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率超聲波焊機，其特征在于，所述換能器(3)包括外殼(13)，外殼(13)內(nèi)設(shè)置有質(zhì)量塊(6)和前輻射頭偶合連接(14)，質(zhì)量塊(6)與前輻射頭偶合連接(14)之間連接有超磁致伸縮體(7)，質(zhì)量塊(6)與前輻射頭偶合連接(14)之間、超磁致伸縮體(7)的外圍連接有預(yù)應(yīng)力螺桿(10)，超磁致伸縮體(7)的周圍與預(yù)應(yīng)力螺桿(10)之間設(shè)置有激磁線圈(9)，外殼(13)的內(nèi)壁上與超磁致伸縮體(7)對應(yīng)處設(shè)置永磁偏磁鐵(8)，前輻射頭偶合連接(14)與外殼(13)之間設(shè)置蝶簧(11)，前輻射頭(12)與前輻射頭偶合連接(14)相連，并伸出外殼(13)外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大功率超聲波焊機，其特征在于，所述預(yù)應(yīng)力螺桿(10)平均分布3根。
專利摘要本實用新型公開的大功率超聲波焊機，包括發(fā)生器，發(fā)生器分別與換能器和驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路連接，換能器、變幅聚能偶合裝置和上下聲極壓頭順序連接，發(fā)生器采用IGBT逆變式超聲波發(fā)生器。發(fā)生器經(jīng)驅(qū)動調(diào)節(jié)檢測電路控制將50Hz交流電轉(zhuǎn)變?yōu)楹线m電壓和頻率10～50KHz的中頻交流電信號輸出至換能器，由換能器輸出具有相應(yīng)頻率振幅的機械振動能量傳遞給變幅聚能偶合裝置，經(jīng)變幅聚能偶合裝置整理后的振動機械能最后通過上下聲極壓頭傳遞給被焊工件，形成牢固的焊接接頭。本實用新型以IGBT的逆變電路作為超聲波發(fā)生器、以超磁致伸縮材料GMM和GMPC振子結(jié)構(gòu)組件構(gòu)成換能器，能實現(xiàn)大的機械振動調(diào)節(jié)范圍和高機械功率輸出，擴大了可焊材料的種類和可焊材料的厚度。
文檔編號B29C65/08GK2853261SQ20052007882
公開日2007年1月3日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者成軍 申請人:西安理工大學(xué)