一種超聲波焊極(101)，其第一端連接到機(jī)械振動源，在焊極(101)的相對端配有工作端頭(105、205、405、805)，并配有帶有冷卻套(103)的本體(104)，冷卻套在與焊極(101)的本體(104)接觸的位置利用第一密封件(106)和第二密封件(107)密封，其特征在于，第一密封件(106)放置在距在處于其工作條件下的焊極中激發(fā)的駐波波節(jié)小于或等于20mm的位置處，并且第二密封件(107、207、407、507、607)配備有彈性元件(108、208、408、508、608)并且位于距工作端頭(105、205、405、805)小于或等于20mm的距離處。一種用于金屬合金化的方法，其中材料在被激發(fā)進(jìn)行機(jī)械振動的超聲波焊極的工作端頭(105、205、405、805)上熔化，其特征在于，使用根據(jù)本發(fā)明專利技術(shù)的焊極。極。極。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于處理液態(tài)金屬的超聲波焊極和處理液態(tài)金屬的方法
[0001]本專利技術(shù)涉及一種超聲波焊極，具體涉及一種適于將機(jī)械振動傳遞至液態(tài)金屬的超聲波焊極。本專利技術(shù)還涉及一種用于超聲波輔助金屬合金化的方法。
技術(shù)介紹
[0002]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，采用超聲波頻率振動處理液態(tài)金屬。該方法的典型應(yīng)用是霧化和合金化。通常，超聲波系統(tǒng)由壓電式換能器或磁致伸縮換能器激發(fā)。由于這些換能器的工作溫度上限遠(yuǎn)低于大多數(shù)金屬的熔化溫度，因此超聲波系統(tǒng)需要應(yīng)用高效冷卻系統(tǒng)，例如流動/噴射的液體或氣體流。
[0003]為了使超聲波處理穩(wěn)定地進(jìn)行，要求超聲波焊極對液態(tài)金屬保持良好的潤濕性并使超聲波焊極表面的溫度保持高于所處理合金的熔點。由于壓電換能器的工作溫度的限制，產(chǎn)生了高溫度梯度，這導(dǎo)致超聲波焊極的工作時間很短。同時，由于材料限制和高疲勞載荷，該現(xiàn)象導(dǎo)致最大工作溫度限制在大約700℃。
[0004]超聲波頻率振動的應(yīng)用之一是液態(tài)金屬的霧化。從中國專利CN1422718中已知一種具有用于超聲波焊極(振動系統(tǒng))的冷卻系統(tǒng)的超聲波霧化器。液態(tài)金屬與振動焊極直接接觸，該焊極使液態(tài)合金噴射，液態(tài)合金的液滴以粉末的形式進(jìn)行固化。系統(tǒng)包含壓電陶瓷的部分被空氣冷卻，并且超聲波焊極單獨(dú)用水或空氣冷卻，這確保了存在兩個主動冷卻步驟。這種方法的一個缺點是熱阻低，即溫度高于700℃時，由于與液態(tài)金屬接觸，導(dǎo)致頻率變化很大。超聲波焊極僅從工作端頭冷卻到超過1/4λ(機(jī)械駐波長度)。
[0005]用于保持在超聲波霧化中使用的振動部件的熱穩(wěn)定性的另一種方法是使用如US2889580中描述的冷卻盤管。該方法的缺點是由于摩擦，冷卻盤管和振動部件之間的邊界處會存在高機(jī)械損失。
[0006]采用金屬超聲波攪拌的另一應(yīng)用是超聲波輔助焊接。美國專利文獻(xiàn)US3833163描述了一種通過應(yīng)用由導(dǎo)熱率高及導(dǎo)熱率低的金屬組成的超聲波系統(tǒng)來攪拌液態(tài)金屬的方法。與熱部件直接接觸的材料是由具有低導(dǎo)熱率的鈦制成。然后將其連接到由具有高導(dǎo)熱率的鋁制成的散熱器。這兩種材料的組合能夠限制從液態(tài)金屬到換能器的有效熱傳遞以及加速散熱。然而，當(dāng)介質(zhì)溫度超過超聲波焊極工作溫度時，不能應(yīng)用這種解決方案。
[0007]英國專利文獻(xiàn)GB1594977描述了一種用于使液態(tài)金屬均勻化的超聲波焊極的冷卻系統(tǒng)。波導(dǎo)(變幅桿)由駐波波節(jié)附近的水套冷卻。在美國專利文獻(xiàn)US376236中公開了類似的方法，該文獻(xiàn)描述了使用水冷系統(tǒng)來保持在液態(tài)焊料中工作的超聲波焊極的熱穩(wěn)定性。振動部件被水套包圍，并且其密封件放置在駐波波節(jié)處。在兩種情況中，超聲波焊極冷卻系統(tǒng)位于距超聲波焊極前部的至少1/4λ處，并且該解決方案不能用于工作溫度高于700℃的材料。
[0008]通常，現(xiàn)有技術(shù)中的液體冷卻方法的顯著缺點是由于材料在高溫下疲勞強(qiáng)度降低，導(dǎo)致超聲波焊極容易發(fā)生機(jī)械損壞(斷裂)，并且冷卻系統(tǒng)密封件非常容易受經(jīng)由超聲波焊極傳遞的振動影響。在波蘭專利申請?zhí)朠.423408中部分解決了第二個問題。該專利技術(shù)涉
及專用于在高溫下工作的超聲波系統(tǒng)。超聲波焊極由具有高熱導(dǎo)率的材料制成，優(yōu)選由銅合金(CuCrZr、CuBe)或鎢燒結(jié)物制成。超聲波焊極連接到附加波導(dǎo)，并且在超聲波焊極的工作條件下，在超聲波焊極中激發(fā)的駐波波節(jié)附近直接使用密封件。通過該解決方案，消除了縱向振動對密封件的影響，并且確保可以使用相對于超聲波焊極實際靜止的可靠密封系統(tǒng)。根據(jù)申請P.423408的超聲波焊極的缺點是其易受機(jī)械損傷，尤其是經(jīng)過長期使用之后。這使得無法使用高振幅放大并且限制了超聲波焊極的工作溫度。另外，超聲波焊極需要使用導(dǎo)熱率高的材料并且這些材料的機(jī)械性能比通常用于超聲波部件的材料要低。
[0009]在美國專利文獻(xiàn)US5772100中，描述了一種具有兩個緊固元件的超聲波焊極安裝件。第一緊固元件位于波腹(在與換能器接觸的點)處，第二緊固元件位于波節(jié)(超聲波焊極長度的一半)處，工作端頭位于距本體1/4波長處。
[0010]本專利技術(shù)的目的是解決超聲波焊極易發(fā)生機(jī)械損壞的問題，并提供一種用于處理液體材料的可靠超聲波焊極以及一種處理液態(tài)金屬的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0011]一種超聲波焊極，其第一端適于連接到機(jī)械振動源，其相對端配備有工作端頭并且配備有在其內(nèi)激發(fā)超聲波振動的本體，本體裝配有冷卻套，該冷卻套在與本體接觸的點處利用第一密封件和第二密封件密封，根據(jù)本專利技術(shù)，其特征在于，第一密封件與在處于其工作溫度中的超聲波焊極中激發(fā)的駐波波節(jié)的距離等于或小于20mm。超聲波焊極工作溫度取決于所處理材料的熔化溫度和冷卻系統(tǒng)效率。第二密封件配備有彈性元件并且距超聲波焊極工作端頭不超過20mm。由于這種配置，超聲波焊極的工作端頭在至第一駐波波節(jié)被有效冷卻。這解決了現(xiàn)有技術(shù)中指出的問題，如專利技術(shù)人已經(jīng)注意到的，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲波焊極易損壞，這是由于，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超聲波焊極，其在波節(jié)處冷卻，在波節(jié)處存在最大機(jī)械應(yīng)力。因此，確保系統(tǒng)的冷卻恰好在波節(jié)位置處增加了損壞的風(fēng)險。根據(jù)本專利技術(shù)的解決方案需要在靠近最大振幅處進(jìn)行密封，從而需要使用附加的彈性元件。此外，靠近工作端頭的密封件需要頻繁更換并作為消耗部件處理。
[0012]有利地，工作端頭是超聲波焊極的工作表面。
[0013]替代地，工作端頭是單獨(dú)連接到超聲波焊極的部件。因此，超聲波焊極的本體不是消耗部件，而端頭才是。端頭可以與第二密封件一起更換。工作端頭可以由與超聲波焊極本體不同的材料制成。
[0014]有利地，超聲波焊極裝配有第二密封件的附加罩蓋。由于工作表面上的極端條件，第二密封件易發(fā)生熱損壞和液態(tài)金屬噴射。通過使用由金屬合金制成并靠近密封件放置的罩蓋，該問題得到了限制。使用附加罩蓋使得預(yù)期使用壽命與工作端頭的使用壽命相適應(yīng)。
[0015]有利地，第二密封件是與金屬彈性元件集成的聚合物密封件。該解決方案允許將密封件直接放置在超聲波焊極本體上而無需對密封件進(jìn)行額外壓縮。在本專利技術(shù)的另一有利實施例中，第二密封件由厚度小于1mm的兩個板壓縮。
[0016]替代地，第二密封件是連接到工作端頭的隔膜。優(yōu)選地，隔膜由導(dǎo)熱率高于100W/mK并且優(yōu)選地導(dǎo)電率高于20％IACS的材料制成，并且在超聲波系統(tǒng)的軸向方向上的剛度等于或小于10kN/mm。隔膜太硬會將振動耦合到冷卻系統(tǒng)的罩蓋。由于使用了導(dǎo)電率高于20％IACS的材料，加熱隔膜對其機(jī)械性能影響較小。
[0017]有利地，第一密封件是彈性體O形環(huán)。
[0018]有利地，超聲波焊極的本體在第一密封件處配備有彈性法蘭。
[0019]一種用于處理金屬的方法，其中金屬在超聲波焊極的工作表面上熔化、受激發(fā)進(jìn)行機(jī)械振動，其特征在于，使用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的超聲波焊極。
[0020]有利地，采用頻率范圍在16kHz至400kHz內(nèi)的機(jī)械振動。該范圍內(nèi)的頻率對于金屬處理很有用，并且機(jī)械振動源很容易獲得。在這些頻率范圍內(nèi)，大小容易縮放。
[0021]有利地，在熔化期間，將超聲波焊極放置在填充有氬氣的真空室中。...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種超聲波焊極(101)，包括：適于連接到機(jī)械振動源的第一端，并且在所述超聲波焊極(101)的相對端具有工作端頭(105、205、405、805)，進(jìn)一步包括，帶有冷卻套(103)的本體(104)，所述冷卻套在與所述超聲波焊極(101)的本體(104)接觸的位置處利用第一密封件(106)和第二密封件(107)密封，其特征在于，所述第一密封件(106)放置成在距駐波波節(jié)位置小于或等于20mm的距離處，所述駐波波節(jié)在處于其工作條件中的所述超聲波焊極中激發(fā)，并且所述第二密封件(107、207、407、507、607)配備有彈性元件(108、208、408、508、608)并且定位在距所述工作端頭(105、205、405、805)小于或等于20mm的距離處。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波焊極，其特征在于，所述工作端頭是所述超聲波焊極(101)的本體(104)的工作表面(205)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波焊極，其特征在于，所述工作端頭是可拆卸地連接到所述超聲波焊極的元件(405、805)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的超聲波焊極，其特征在于，所述超聲波焊極還配備有所述第二密封件(107、207、407、507、607)的附加罩蓋(510、610)。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的超聲波焊極，其特征在于，所述第二密封件是與金屬彈性元件(208)集成的聚合物密封件(207)。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的超聲波焊極，其特征在于，所述第二密封件是與所述工作端頭連接的隔膜(407、607)。...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：L，
申請(專利權(quán))人：L，
類型：發(fā)明
國別省市：
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