用於管子擠壓和密封的方法
2023-09-22 01:50:55
專利名稱：用於管子擠壓和密封的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於管子擠壓和密封的方法，尤其是一種例如供冷卻技術設備使用的金屬管，其中管子設置在超聲焊接設備的超聲焊極和該超聲焊極所屬的對應電極如砧之間，激勵超聲焊極並使其相對於對應電極移動，從而將管子擠壓並進行密封。
背景技術：
在例如測量或冷卻技術領域中的器具和設備中使用管子，管子首先抽真空，而後注滿冷卻氣體。為此，管子與連接器相連。在注滿後，管子在連接器側的一段要切除。為此要求將通向諸如冰箱或空調的設備或者器具的管子液體密封地封閉。
由現有技術已知一種擠壓和硬焊方法。另外，也可以採用粘接技術，其中將已充滿的管子用本身與管子粘接的蓋封閉。
如果液體密封的封閉藉助於硬焊進行，那麼不利的是如果管子沒有預先壓封，導致在塗敷的焊料中形成漏洞，這些漏洞會被管子中滲漏的氣體貫穿，從而造成洩漏。不依賴於此，可以使用一種相應的只用含氯氟烴流體的技術，因為這種流體是不能燃燒的。
目前，含氯氟烴基本上被異丁烷所替代，但是後者具有高度易爆炸性。因此硬焊將不再可行。因此實施超聲焊接，採用該工藝可以在一道工序內對那些首先抽真空而後充滿冷卻氣體的管子進行擠壓和液體密封地封閉。
在那些已知的用於管子液體密封地封閉的超聲焊接設備中使用了超聲焊極，超聲焊極具有第一焊接面，在其旁邊還有一個切割元件。相應的所屬的對應電極-也稱為砧-具有與第一焊接面對應相配的第二焊接面，在該焊接面旁邊有與切割元件對應相配的對應元件、如稜邊。
對於上述根據WO-A-03 07 6116的方法，能在不更換工具或移動超聲焊接設備的條件下將管子的一段進行分割，而且其液體密封的封閉與待分割的管段在哪一側延伸無關。
超聲焊接設備的焊接參數必須根據例如管子的直徑、壁厚和材料分別調節，這樣才能在要求的範圍內實現擠壓和密封或焊接。
由EP-B-0 723 713公開了一種擠壓並接著焊接電導體的方法和裝置。為不依賴於橫截面實現規定的焊接，更確切地說當依次焊接不同橫截面的隨機順序的導體時，首先將引入壓縮室中的導體壓緊，而後確定容納擠壓導體的壓縮室的特徵參量。然後基於這些特徵參量、如壓縮室的高度或寬度來調用所存儲的焊接參數。
發明內容
本發明的任務在於對開頭所述類型的方法進行進一步改進，以實現對管子的自動化擠壓和密封，而不需要在超聲焊接設備中預先分別輸入管子的數據。
為了解決上述問題，根據本發明主要提出-在超聲焊極和對應電極之間設置和固定管子；-對於固定在超聲焊極和對應電極之間的管子確定管子的至少一個特徵參量；-根據所述至少一個特徵參量調用所儲存的焊接參數；-激勵超聲焊極，並使超聲焊極和對應電極相互相向運動，從而擠壓和密封管子。
按本發明提供了這樣的方案，不必為接下去使用所要求的對於按規定的擠壓和焊接或者密封所必要的焊接參數和壓力而預先向超聲焊接設備輸入擠壓和焊接、也就是密封擠壓的管端所要求的數據就能藉助於超聲焊接設備自動擠壓和密封或者焊接管子。更確切地說，在將管子固定在超聲焊極和對應電極之間後確定了至少一個特徵參量，而後根據該參量由例如存儲在計算機中的數據自動使用超聲焊接設備的參數，從而可以按照要求擠壓和密封或者焊接擠壓的管子。
這些特徵參量例如可以是管子的外直徑，該外直徑如此確定，例如通過位移傳感器來確定超聲焊極和對應電極之間的距離。
但是最好測定多個特徵參量。例如除外直徑之外，對於導電管還可以測定管的導電性和/或壁厚。其中壁厚的測量可以通過超聲、如根據脈衝回波方法來實現。
但是作為特徵參量也可以考慮特定的材料特性如形狀變形功或者斷面收縮率。為確定這些特徵參量，在此例如可以用給定的力或者壓力使超聲焊極相對於對應電極進行移動，或者也可以相反使對應電極相對於超聲焊接進行移動，然後根據實現的位移變化來推斷管子的材料特性。在此在移動時，還可以將超聲施加到管子上，從而實現更大的位移變化，進而實現更為精確的測量。
當然，事先必須根據對不同尺寸和/或材料的管子進行的多次測量獲取並存儲足夠多的數據，從而由所獲得的表格可以獲取對於在當前焊接過程中與管子相對應的數據。在相應的表格中，特別作為焊接參數根據管子直徑和/或壁厚和/或管子材料存儲了焊接能量、焊接振幅、焊接時間和焊接壓力。
根據本發明，為獲取要存儲的焊接參數，將一個或多個考慮置於超聲振動中的超聲焊極的能量、力或者功率的時間變化的調節曲線在確定待擠壓和密封的標準管的特徵參量如直徑和/或壁厚的情況下進行記錄，將此後要擠壓和焊接的直徑未知和/或壁厚未知的管的實際曲線與如此獲取的調節曲線進行比較，並在與調節曲線一致的情況下將與此對應的焊接參數用於管子的擠壓和焊接。在此調節曲線加寬了一個公差帶，然後待擠壓和焊接的管子的實際曲線就符合了調節曲線。
特別的，本發明的特徵還在於調節曲線對應於焊接參數如壓力、焊接持續時間或者能量輸入，這些焊接參數獲取用於擠壓和焊接標準管，該標準管在記錄調節曲線時使用，其中為了焊接未知尺寸的管記錄了實際曲線，並且該實際曲線符合多條調節曲線中的一條，並且其中未知尺寸的管子的擠壓和焊接基於相應調節曲線所屬的焊接參數進行。
本發明的其它細節、優點和特徵不僅從權利要求、由權利要求獲得的特徵-單獨和/或特徵的組合-獲得，而且也可從以下對附圖中優選的實施例的說明中獲得。
附圖示出圖1示出了超聲焊機的原理圖；圖2示出了功率-時間曲線圖具體實施方式
圖1示出了一臺超聲焊機的結構示意圖，該超聲焊機作為主要部件包括超聲焊極10、轉換器12以及控制器14。在實施例中，超聲焊極10和轉換器12之間布置了放大器14，它作為振幅轉換器用於實現期望的振幅範圍，同時用於使振動系統中的振動性能總體上穩定。
超聲焊極10具有超聲焊極頭16，該超聲焊極頭具有相對置的工作或焊接面18和20。在本實施例中，工作或焊接面18與稱為砧的對應電極22相對應，在二者之間布置例如銅製的管子24，以對管子進行擠壓和密封，也就是焊接。同時在必要時也可以將管子在一側進行分割。為此，以慣常的方式為超聲焊極頭16或工作面18、20以及對應電極22配設切割邊，以實現管段的剪斷。
控制器14通過接頭26供給頻率轉換為諸如20kHz的電源電壓。然後轉換器12將電能轉化為機械振動能，其中機械振動頻率與控制器14的電子頻率相應。在超聲焊極10和轉換器12之間連接的放大器14用於前述轉換器12和超聲焊極10之間的振幅轉換。控制器14通過控制導線15與轉換器12相連。
管24擠壓和密封的質量基本上取決於超聲焊極頭16的振幅、焊接壓力(工作壓力)、焊接能量、壓縮量以及焊接時間。根據現有技術，相關的數據根據管24的外直徑、壁厚和材料分別輸入到控制器14中，然後執行擠壓和焊接工序，並在必要時通過超聲焊極頭16與砧或對應電極22的相互作用來分割管段。根據本發明，在控制器14或圖中未示出的計算機中根據待擠壓和待焊接的管、也就是其直徑、壁厚以及材料作為例如一些特徵參量存儲多個焊接參數，這些焊接參數例如包括超聲焊極10或工作面18、20的振幅、焊接壓力、能量和焊接時間以及壓縮量。
在將需要焊接的管子24布置到砧(對應電極22)和超聲焊極10的第一工作面18之間、並將超聲焊極10朝著第二電極22、也就是一個周邊上的砧的方向下降，直至管子24在第一和第二電極18、22之間固定後，就確定了超聲焊極10和對應電極22之間的距離，由此計算出管24的外直徑。該距離可以通過位移傳感器檢測，其中將相關數據通過數據導線28輸入控制器14或者計算機。此外，還能測定管子24的材料特性，並同樣通過數據導線28輸入控制器14或者計算機中。作為材料特徵值例如是強度、電阻或者壁厚，其在將管子24固定在超聲焊極10和對應電極22或者其焊接面之間以後進行測定。強度可以如此確定，在管子24固定後，將超聲焊極10以給定的壓力向對應電極22的方向移動。根據移動距離可以推出管子24的材料。同樣可以確定管子24的電阻。例如可以利用第二對應電極22的區域中存在的傳感器藉助於超聲來測量管24的壁厚。其它合適的測量方法同樣可以使用。
不依賴於此，基於上述方法示例性地給出的措施獲得的管子24的特徵值調用存儲在控制器14或計算機中的參數，這些參數特別包括超聲焊極10的振幅、焊接壓力、焊接能量、壓縮量以及焊接時間，從而相應地激勵超聲焊極10，或者使超聲焊極10朝著對應電極22的方向、也就是朝著砧的方向移動。在此，管子24就在要求的範圍內擠壓和密封、也就是焊接。同時也可以將不需要的管段剪除。
在圖2中，藉助於功率-時間曲線圖示出了，如何通過變形曲線來計算特徵參數，並由此自動完成管子的擠壓和焊接。
由此在圖2中示出了在計算一種已知的具有確定直徑和確定壁厚的管子的調節曲線時功率W隨時間t變化的關係。曲線30有兩個特徵峰32、34，其中當超聲焊極10朝對應電極22的方向下降，使得待測量的標準管夾緊在其之間，也就是可以確定外直徑時，第一峰32出現。在此第一峰32的位置取決於管子直徑。當超聲焊極10向著對應電極22繼續下降或繼續進行相對運動時，功率在首次下降後出現上升，從而到達第二峰34。第二峰34的位置取決於管子的壁厚。隨後進行的是管子的擠壓和密封，這在功率方面通過下降的曲線段36表示。
現在為多個不同直徑和壁厚的管子記錄相應的也稱為標準曲線的功率-時間曲線30，從而使公差帶38、40與相應的調節曲線對應。
如果需要對未知直徑和壁厚的管子進行擠壓和密封，則記錄實際曲線，並使其符合一條調節曲線。然後基於相應的調節曲線，將焊接參數如壓力、焊接持續時間或能量輸入從存儲的表格中調用，從而就能實現對未知直徑和壁厚的管子進行按規定的擠壓和密封。
換言之，首先進行一種自學習模式，以為不同管直徑如4、6、8、12mm以及不同壁厚如0.6mm-1mm記錄與曲線30相應的調節曲線，然後確定並保存公差帶。然後將未知直徑和壁厚的管子定位在超聲焊極10和對應電極22之間，超聲焊極10和對應電極22相向運動，然後根據實際曲線中出現的峰計算管直徑和壁厚，並將相應的值與調節曲線的值進行比較。對於在調節曲線中存在相應值的情況，調用按規定擠壓和密封所需要的參數(焊接模式)。
權利要求
1.用於擠壓和密封管子的方法，該管子尤其是例如用於冷卻設備的金屬管，其中該管子設置在超聲焊接設備的超聲焊極和配置於該超聲焊接的對應電極如砧之間，激勵超聲焊極，並使超聲焊極相對於對應電極進行移動，以擠壓和密封管子，其特徵在於具有如下工藝步驟，-將管子布置和固定在超聲焊極和對應電極之間；-對於固定在超聲焊極和對應電極之間的管子確定管子的特徵參量；-根據特徵參量調用存儲的焊接參數；-激勵超聲焊極，並使超聲焊極和對應電極相互作相對運動，以實現對管子的擠壓和密封。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於作為特徵參量在將所述管子固定在超聲焊極和對應電極之間的情況下確定超聲焊極和對應電極之間的距離。
3.按權利要求1所述的方法，其特徵在於作為特徵參量確定所述管子的導電能力。
4.按權利要求1所述的方法，其特徵在於作為特徵參量確定所述管子的壁厚。
5.按權利要求1所述的方法，其特徵在於作為特徵參量確定所述管子的變形度。
6.按權利要求1所述的方法，其特徵在於為確定變形度，測量為使超聲焊極和對應電極相對運動一給定位移所施加的壓力。
7.按權利要求1所述的方法，其特徵在於在所述超聲焊極相對於對應電極進行移動期間，最好通過超聲來激勵超聲焊極。
8.按權利要求1所述的方法，其特徵在於最好藉助於超聲確定所述壁厚。
9.按權利要求1所述的方法，其特徵在於確定多個特徵參量，並以此為基礎調用存儲的焊接參數。
10.按權利要求1所述的方法，其特徵在於在所述管子擠壓和密封后，將管子的一段分離如剪斷。
11.按前述權利要求至少一項所述的方法，其特徵在於為獲取待存儲的焊接參數，將一個或多個考慮置於超聲振動中的超聲焊極的能量、力和/或功率的時間變化的調節曲線在確定待擠壓和密封的標準管的特徵參量如直徑和/或壁厚的情況下進行記錄，將此後要擠壓和密封的直徑未知和/或壁厚未知的管的實際曲線與如此獲取的調節曲線進行比較，並在考慮必要時給定的公差時在與調節曲線一致的情況下將配置於調節曲線的焊接參數用於管子的擠壓和焊接。
12.至少按權利要求11所述的方法，其特徵在於將所述實際曲線與以一個公差帶加寬的調節曲線進行比較。
13.至少按權利要求11所述的方法，其特徵在於所述調節曲線對應於焊接參數如壓力、焊接持續時間和/或能量輸入，獲取這些焊接參數用於標準管的擠壓和焊接，標準管在記錄調節曲線期間使用，其中為焊接未知尺寸的管記錄一條實際曲線，並且使該實際曲線符合多條調節曲線中的一條，並且將未知尺寸的管根據配置於相應的調節曲線的焊接參數進行擠壓和焊接。
全文摘要
本發明涉及一種用於擠壓和密封管子的方法，其中該管子(24)設置在超聲焊接設備的超聲焊極(10)和所屬的砧(22)之間，激勵超聲焊極，並使超聲焊極相對於對應電極進行移動，以擠壓和密封管子。為了實現管子的自動擠壓和密封，而無需事先單獨將管子的數據輸入超聲焊接設備中，提出將管子布置和固定在超聲焊極和對應電極之間；對於固定在超聲焊極和砧之間的管子確定管子的特徵參量；根據至少一個特徵參量調用存儲的焊接參數；激勵超聲焊極，並使超聲焊極和砧相互作相向運動，以實現對管子的擠壓和密封。
文檔編號B29C65/74GK1910006SQ200580002078
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月7日 優先權日2004年1月7日
發明者H·弗蘭克, D·奈斯 申請人:斯塔普拉超聲波技術有限責任公司