PL239793B1

PL239793B1 - Connecting electrode of a high-current supply system to an ultrasound system

Info

Publication number: PL239793B1
Application number: PL430852A
Authority: PL
Inventors: Łukasz ŻRODOWSKI; Łukasz Żrodowski; Mateusz OSTRYSZ; Mateusz Ostrysz; Wojciech Łacisz; Anna Stróż
Original assignee: Zrodowski Lukasz
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2019-08-09
Publication date: 2022-01-10
Also published as: PL430852A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest elektroda przyłączeniowa zasilającego układu wysokoprądowego do układu ultradźwiękowego.The subject of the invention is an electrode connecting a high-current supply system to the ultrasound system.

Dynamiczny rozwój zaawansowanych materiałów coraz częściej wymusza stosowanie hybrydowych metod wytwarzania, które powstają poprzez połączenie technik znanych i stosowanych dotychczas. Przykładem są metody spajania, w których poza przepływem prądu o wysokim natężeniu (zgrzewanie oporowe, spawanie łukowe) materiał jest pobudzany wibracjami o częstotliwości ultradźwiękowej. Synergiczny efekt wyładowania i drgań pozwala osiągnąć rewelacyjne właściwości złączy (Umair Shah, Xun Liu; Effects of ultrasonic vibration on resistance spot welding of transformation induced plasticity steel 780 to aluminum alloy AA6061; Materials & Design 2019), ale praktyczna implementacja techniki hybrydowej jest ciągle daleka od komercyjnych zastosowań.The dynamic development of advanced materials more and more often requires the use of hybrid production methods, which are created by combining techniques known and used so far. An example are bonding methods in which, apart from the flow of high intensity current (resistance welding, arc welding), the material is stimulated by vibrations at an ultrasonic frequency. The synergistic effect of discharge and vibration allows to achieve the sensational properties of the joints (Umair Shah, Xun Liu; Effects of ultrasonic vibration on resistance spot welding of transformation induced plasticity steel 780 to aluminum alloy AA6061; Materials & Design 2019), but the practical implementation of hybrid technology is still far away from commercial uses.

Istotnym problemem jest połączenie układu wysokoprądowego i ultradźwiękowego, które musi spełniać jednocześnie wymagania obydwu układów, tj. zapewnić minimalny opór elektryczny, wysoką sztywność i izolację układu prądowego od drgań układu ultradźwiękowego.A significant problem is the combination of high-current and ultrasonic systems, which must meet the requirements of both systems simultaneously, i.e. ensure minimum electrical resistance, high stiffness and isolation of the current system from vibrations of the ultrasonic system.

W urządzeniach wykorzystujących wibracje ultradźwiękowe o wysokiej intensywności (zgrzewarki ultradźwiękowe, sonikatory, noże ultradźwiękowe) elementy łączące układ ultradźwiękowy z resztą urządzenia nazywa się falowodem lub boosterem. Najczęściej składa się z polimerowych o-ringów ściśniętych przez metalowy korpus w miejscu minimalnych drgań osiowych (węzeł fali stojącej). Takie rozwiązanie opisano na przykład w dokumencie patentowym US4647336. Korpus mocujący w tym przypadku jest izolowany elektrycznie od falowodu, dlatego nie może być wykorzystany do połączenia z układem wysokoprądowym.In devices that use high-intensity ultrasonic vibrations (ultrasonic welders, sonicators, ultrasonic knives), the elements connecting the ultrasonic system to the rest of the device are called a waveguide or booster. Most often it consists of polymer o-rings squeezed by a metal body at the place of minimal axial vibrations (standing wave knot). Such a solution is described, for example, in the patent US4647336. The mounting body in this case is electrically insulated from the waveguide, therefore it cannot be used for connection to a high-current system.

Innym sposobem mocowania układu ultradźwiękowego jest zastosowanie sztywnego kołnierza sprężynującego jak opisano np. w dokumencie patentowym US5590866. Pozwala to przenieść jednocześnie wysokie obciążenie osiowe do układu drgającego, jak i prąd o umiarkowanym natężeniu. W tym przypadku elementem mocującym jest sprężyna podatna w kierunku promieniowym, a sztywna w kierunku osiowym. Wykonane w ten sposób mocowanie ma zazwyczaj grubość ścianki poniżej 2 mm. Ze względu na ograniczony przekrój i wysoki opór właściwy materiału falowodu (tytan Grade 5 - ok. 1% IACS), połączenie wykonane w ten sposób ma ograniczone zastosowanie, tj. nie nadaje się do wykorzystania w trybie ciągłym przy przepływie więcej niż 200 A. Przy prądach o natężeniach przekraczających wskazaną wartość materiał w tym miejscu ulega znacznemu nagrzaniu, zmienia częstotliwość rezonansową układu i zwiększa straty mechaniczne.Another way to fix the ultrasound system is to use a rigid spring collar as described e.g. in US5590866. This allows both a high axial load to be transferred to the oscillating system and a moderate current. In this case, the fastening element is a spring which is flexible in the radial direction and stiff in the axial direction. A fastening made in this way typically has a wall thickness of less than 2 mm. Due to the limited cross-section and high resistivity of the waveguide material (titanium Grade 5 - approx. 1% IACS), the connection made in this way is of limited use, i.e. it is not suitable for continuous use with a flow of more than 200 A. currents with intensities exceeding the indicated value, the material heats up at this point, changes the resonant frequency of the system and increases mechanical losses.

Jeszcze inną metodą mocowania układu ultradźwiękowego jest zastosowanie osiowo podatnej płyty w strzałce fali stojącej, tj. w miejscu łączenia falowodu z przetwornikiem i w miejscu łączenia falowodu z sonotrodą. Rozwiązanie takie zostało zaprezentowane w dokumencie patentowym U53752380. Zapewnia to wysoką sztywność w kierunku promieniowym i niską sztywność w kierunku osiowym. Z tego powodu jest to jedno z rozwiązań stosowanych w układach ultradźwiękowych poddawanych obciążeniom prostopadłym do osi układu ultradźwiękowego, np. w układach do ultradźwiękowego zgrzewania metali. Alternatywnie, płyta zamontowana w strzałce fali może być osiowosymetryczna jak opisano w US3955740 i/lub US5976316. W każdym przypadku mocowanie na strzałce fali stojącej oparte jest o płaską płytkę z materiału o niskiej impedancji akustycznej (np. tytanu) i ma za zadanie przenoszenie wysokich obciążeń prostopadłych do osi układu ultradźwiękowego, a nie przenoszenie prądu. Ze względu na wymaganą niską sztywność płyty w kierunku osiowym, jej grubość mieści się zazwyczaj poniżej 0,5 mm, co również zwiększa opór elektryczny układu.Yet another method of fixing the ultrasound system is to use an axially flexible plate in the arrow of the standing wave, i.e. where the waveguide connects to the transducer and where the waveguide connects to the sonotrode. Such a solution was presented in the patent document U53752380. This ensures high stiffness in the radial direction and low stiffness in the axial direction. For this reason, it is one of the solutions used in ultrasonic systems subjected to loads perpendicular to the axis of the ultrasonic system, e.g. in systems for ultrasonic welding of metals. Alternatively, the plate mounted in the wave arrow may be axisymmetric as described in US3955740 and / or US5976316. In any case, the mounting on the standing wave arrow rests on a flat plate made of a material with low acoustic impedance (e.g. titanium) and is designed to carry high loads perpendicular to the axis of the ultrasound system, and not to transmit current. Due to the required low axial stiffness of the plate, its thickness is usually below 0.5 mm, which also increases the electrical resistance of the system.

Wszystkie ww. rozwiązania służą zapewnieniu docisku układu ultradźwiękowego do materiału obrabianego, przy jednoczesnym zachowaniu niskich strat na tarcie między elementami maszyny. Wymusza to stosowanie cienkościennych elementów sprężynujących z materiałów stosowanych tradycyjnie w technice ultradźwiękowej (tytan i stal). Niewielki przekrój i wysoki opór właściwy stosowanych materiałów sprawiają, że w omawianych technologiach hybrydowych, ww. elementy mocujące (boostery) nie są w stanie dobrze spełnić swojej drugiej roli jako elementu przyłączeniowego o niskim oporze elektrycznym.All of the above the solutions are used to ensure the pressure of the ultrasonic system to the workpiece, while maintaining low friction losses between the machine elements. This requires the use of thin-walled spring elements made of materials traditionally used in ultrasound technology (titanium and steel). Due to the small cross-section and high specific resistance of the materials used, in the discussed hybrid technologies, the above-mentioned fastening elements (boosters) are not able to fulfill their second role well as a connection element with low electrical resistance.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemu przegrzewania się układu ultradźwiękowego, szczególnie elementów mocujących, poddawanego działaniu prądu o wysokim natężeniu.The object of the invention is to solve the problem of overheating of the ultrasound system, especially of fasteners, when exposed to high currents.

Elektroda przyłączeniowa zasilającego układu wysokoprądowego do układu ultradźwiękowego, którego elementy wibrujące połączone są łącznikiem śrubowym według wynalazku składa się z diafragmy wykonanej z materiału o przewodności elektrycznej IACS powyżej 20%, sztywności mniejszej lub równej 10 kN/mm w kierunku osiowym układu ultradźwiękowego i zamocowanej co najmniejThe electrode connecting the high-current supply system to the ultrasound system, the vibrating elements of which are connected by a screw connector according to the invention, consists of a diaphragm made of a material with an IACS electrical conductivity above 20%, stiffness less than or equal to 10 kN / mm in the axial direction of the ultrasound system and fixed at least

PL 239 793 B1 w dwóch miejscach, z czego w pierwszym miejscu ściśnięta jest między elementami układu ultradźwiękowego połączonymi łącznikiem śrubowym, a w drugim miejscu połączona jest do wysokoprądowego układu zasilającego. Jednocześnie przewodność poniżej 20% IACS sprawia, że opór elektrody jest na tyle wysoki, że nie spełnia swojej funkcji.It is squeezed in two places, in the first place, between the ultrasound system elements connected with a screw connector, and in the second place it is connected to the high-current power supply system. At the same time, the conductivity below 20% IACS causes the electrode resistance to be so high that it does not fulfill its function.

Dzięki takiej konfiguracji powstaje droga swobodnego przepływu prądu, przez co natężenie prądu płynącego przez elektrodę przyłączeniową według wynalazku jest wielokrotnie wyższe niż natężenie prądu płynącego przez inne elementy układu, które cechują się wyższym oporem elektrycznym. Rozwiązuje to problem nakreślony w stanie techniki, gdyż w połączeniu z klasycznymi elementami mocującymi pozwala to zachować jednoczesne wszystkie wymagania układu hybrydowego, tj. niski opór elektryczny, wysoką sztywność i niskie straty mechaniczne. Dodatkowo elektroda przyłączeniowa stanowi dla elementów ultradźwiękowych radiator o rozwiniętej powierzchni, chłodząc jednocześnie resztę układu.Due to this configuration, a path of free flow of current is created, whereby the intensity of the current flowing through the connection electrode according to the invention is many times higher than the intensity of the current flowing through other elements of the system, which are characterized by a higher electrical resistance. This solves the problem outlined in the prior art, because in combination with the classic fastening elements it allows to keep all the requirements of the hybrid system simultaneously, i.e. low electrical resistance, high stiffness and low mechanical losses. In addition, the connecting electrode is a radiator with a developed surface for the ultrasonic elements, while cooling the rest of the system.

Korzystnie diafragma może być wykonana w postaci karbowanego pasa. Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne w przypadku wykorzystania sonotrod o wysokim stopniu wzmocnienia i ograniczonej przestrzeni pracy, ponieważ pozwala zredukować wymiary układu.Preferably, the diaphragm can be made in the form of a crimped belt. This solution is especially useful when using sonotrodes with a high degree of gain and limited working space, as it allows the dimensions of the system to be reduced.

Korzystnie diafragma może być wykonana w postaci pofałdowanej płyty. Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne w przypadku przenoszenia bardzo wysokich prądów, np. przy rozładowaniu baterii kondensatorów przez układ ultradźwiękowy. Ponieważ diafragma pracuje w kierunku osiowym, to sposobem na zmniejszenie jej sztywności i strat mechanicznych, bez zmniejszania przekroju (i tym samym zwiększenia oporu elektrycznego) jest wprowadzenie wytłoczeń (falistości) na jej powierzchni. Diafragma w tej postaci ma niską sztywność w kierunku osiowym jak i promieniowym, co pozwala zwiększyć jej grubość i zapewnić mniejszy opór elektryczny układu.Preferably, the diaphragm can be made in the form of a corrugated plate. This solution is particularly useful when carrying very high currents, e.g. when a capacitor bank is discharged by an ultrasound system. Since the diaphragm works in the axial direction, the way to reduce its stiffness and mechanical losses without reducing the cross-section (and thus increasing the electrical resistance) is to introduce embossments (waviness) on its surface. The diaphragm in this form has low stiffness in the axial and radial directions, which allows to increase its thickness and ensure lower electrical resistance of the system.

Korzystnie elektroda wykonana jest ze stopów miedzi typu Ampcoloy lub stopów aluminium serii 7000. Materiały te są predestynowane w rozwiązaniu według wynalazku ze względu na wysoką sztywność i niski opór właściwy.Preferably the electrode is made of copper alloys of the Ampcoloy type or aluminum alloys of the 7000 series. These materials are predestined in the solution according to the invention due to their high stiffness and low specific resistance.

Korzystnie elektroda chłodzona jest przepływającym medium. Pozwala to dodatkowo odebrać stratne ciepło i w przypadku zastosowania na diafragmę materiału o wysokiej przewodności cieplnej wychłodzić elementy ultradźwiękowe. W zależności od obciążenia prądowego medium chłodzącym może być gaz, np. powietrze, lub ciecz, np. woda demineralizowana. Zastosowanie dodatkowego chłodzenia pozwala odebrać ciepło wydzielone na skutek przepływu prądu przez diafragmę i elementy układu, oraz dodatkowo odebrać ciepło wydzielone na skutek strat mechanicznych i ciepło przekazane od materiału obrabianego. Dodatkowym elementem uczestniczącym w odprowadzaniu nadmiaru ciepła jest diafragma, funkcjonująca również jako radiator względem elementów układu ultradźwiękowego.Preferably, the electrode is cooled by the flowing medium. In addition, it allows to recover lossy heat and, in the case of using a material with high thermal conductivity for the diaphragm, to cool down the ultrasonic elements. Depending on the current load, the cooling medium can be a gas, e.g. air, or a liquid, e.g. demineralized water. The use of additional cooling allows to collect the heat released as a result of the current flow through the diaphragm and system elements, and additionally collect the heat released due to mechanical losses and the heat transferred from the processed material. An additional element participating in the removal of excess heat is a diaphragm, which also functions as a heat sink in relation to the elements of the ultrasound system.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach, w którym Fig. 1 przedstawia układ ultradźwiękowy z podłączeniem układu wysokoprądowego według stanu techniki, Fig. 2 przedstawia układ ultradźwiękowy z podłączeniem układu ultradźwiękowego według wynalazku, Fig. 3a przedstawia elektrodę przyłączeniową z diafragmą w postaci karbowanej taśmy w układzie ultradźwiękowym. Fig. 3b przedstawia elektrodę przyłączeniową z diafragmą w postaci karbowanej taśmy. Fig. 4 przedstawia elektrodę przyłączeniową z diafragmą w postaci falowanej osiowosymetrycznej płyty.The subject of the invention has been presented in examples, in which Fig. 1 shows an ultrasound system with a connection of a high-current system according to the prior art, Fig. 2 shows an ultrasound system with a connection of an ultrasound system according to the invention, Fig. 3a shows a connecting electrode with a diaphragm in the form of a crimped tape in the arrangement ultrasonic. Fig. 3b shows a connection electrode with a crimped ribbon diaphragm. Fig. 4 shows a connection electrode with a diaphragm in the form of a wavy axisymmetric plate.

Elektroda przyłączeniowa według wynalazku może stanowić element dołączony do układu ultradźwiękowego znanego w stanie techniki. Układ według stanu techniki został przedstawiony na Fig. 1. Przetwornik 101 jest połączony z falowodem 102 wyposażonym w sztywny kołnierz mocujący 103. Falowód 102 połączony jest z sonotrodą 104 wyposażoną w końcówkę roboczą 105. Wszystkie elementy układu drgającego połączone są łącznikami śrubowymi 106. Zasilający układ wysokoprądowy 107 podłączony jest do falowodu 102 przez sztywny kołnierz 103, oraz do elementu obrabianego 108. Elementy aktywne (wibrujące) stanowi przetwornik, falowód, sonotrodą i końcówka robocza. Znawca w dziedzinie układów ultradźwiękowych o wysokiej mocy z łatwością zaproponuje równoważne układy, w tym inne niż osiowosymetryczne.The connecting electrode according to the invention can be a component connected to an ultrasound system known in the art. A system according to the prior art is shown in Fig. 1. The transducer 101 is connected to a waveguide 102 provided with a rigid mounting flange 103. The waveguide 102 is connected to a sonotrode 104 equipped with an end 105. All elements of the oscillating system are connected by screw connectors 106. The power supply system high current 107 is connected to a waveguide 102 through a rigid flange 103, and to a workpiece 108. The active (vibrating) elements are a transducer, a waveguide, a sonotrode and a handpiece. One skilled in the art of high power ultrasonic systems will readily propose equivalent systems, including non-axisymmetric ones.

Przedmiot wynalazku został ukazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 2 przedstawia układ ultradźwiękowy, którego częścią są elektrody według wynalazku. Przetwornik 101 jest połączony z falowodem 102 wyposażonym w sztywny kołnierz mocujący 103. Falowód 102 połączony jest z sonotrodą 104 wyposażoną w końcówkę roboczą 105. Wszystkie elementy układu drgającego połączone są łącznikami śrubowymi 106, układ wysokoprądowy 107 jest podłączony do elementu obrabianego 108 i elektrod przyłączeniowych 109 według wynalazku.The subject of the invention has been shown in the following examples of the drawing, in which Fig. 2 shows an ultrasound system of which the electrodes according to the invention are a part. The transducer 101 is connected to a waveguide 102 having a rigid mounting flange 103. The waveguide 102 is connected to a sonotrode 104 equipped with a working end 105. All elements of the oscillation system are connected by screw connectors 106, the high-current system 107 is connected to a workpiece 108 and connection electrodes 109. according to the invention.

Przetwornik 101 falowód 102 z kołnierzem 103 i sonotrodą 104 są wykonane ze standardowych materiałów znanych w technice, np. stopu tytanu grade 5, który zapewnia wysoką sprawność mechaniczną układu. Końcówka robocza 105 wykonana jest z czystego wolframu w celu zapewnienia wysokiejThe transducer 101 waveguide 102 with a collar 103 and sonotrode 104 are made of standard materials known in the art, e.g. a grade 5 titanium alloy, which ensures high mechanical efficiency of the system. The handpiece 105 is made of pure tungsten to ensure high

PL 239 793 B1 odporności termicznej i w celu zapobieżenia przygrzewania materiału obrabianego 108 do układu ultradźwiękowego. Łączniki śrubowe 106 stanowią standardowy element łączący elementy układu ultradźwiękowego, łączniki wykonane są również ze stopu tytanu grade 5 i mają formę śruby M10x1. Układ zasilający wysokoprądowy 107 może stanowić źródło transformatorowe inwertorowe lub baterię kondensatorów, lub inne źródła stosowanie rutynowo w technice spawalniczej. Element obrabiany 108 jest dowolnym materiałem poddawanym jednocześnie działaniu prądu o wysokim natężeniu i działaniu wibracji ultradźwiękowych.Heat resistance and to prevent welding of the workpiece 108 to the ultrasound system. Screw connectors 106 constitute a standard element connecting the elements of the ultrasonic system, the connectors are also made of a grade 5 titanium alloy and have the form of an M10x1 screw. High current power supply system 107 can be an inverter transformer source or a capacitor bank, or other sources routinely used in welding technology. Workpiece 108 is any material that is simultaneously subjected to high currents and ultrasonic vibrations.

Elektroda przyłączeniowa 109 według wynalazku składa się z diafragmy wykonanej z materiału o przewodności elektrycznej powyżej 20% IACS, sztywności w kierunku osiowym mniejszej lub równej 10 kN/mm. Sztywność diafragmy jest regulowana przez grubość materiału oraz stopień jej pofalowania. Sztywność diafragmy w kierunku osiowym większa niż 10 kN/mm sprawia, że drgania z układu ultradźwiękowego przenoszą się na obudowę i układ wysokoprądowy, dlatego przy doborze diafragmy do danego układu należy dążyć do obniżenia tej wartości.The connection electrode 109 according to the invention consists of a diaphragm made of a material with an electrical conductivity above 20% IACS and a stiffness in the axial direction less than or equal to 10 kN / mm. The rigidity of the diaphragm is regulated by the thickness of the material and the degree of its undulations. The axial stiffness of the diaphragm greater than 10 kN / mm causes the vibrations from the ultrasound system to be transferred to the housing and the high-current system, therefore, when selecting a diaphragm for a given system, one should try to reduce this value.

Elektroda przyłączeniowa 109 znajduje się w odległości mniejszej lub równej 20 mm od strzałki fali i pomiędzy kolejnymi elementami układu ultradźwiękowego połączonymi łącznikiem śrubowym 106. W typowym układzie ultradźwiękowym składającym się z przetwornika 101, falowodu 102, sonotrody 104 i końcówki roboczej 105 można wyróżnić trzy miejsca predestynowane do zamocowania diafragmy, tj. pomiędzy przetwornikiem 101 a falowodem, między falowodem a sonotrodą i między sonotrodą a końcówką roboczą. Właściwy układ może zawierać dowolną kombinację tych rozwiązań, np. jedną elektrodę przy końcówce roboczej 105 lub w każdym możliwym miejscu mocującym. Znawca z łatwością również zaproponuje układ zawierający wiele falowodów i dodatkowe miejsca mocujące na elektrody przyłączeniowe według wynalazku.The connection electrode 109 is located less than or equal to 20 mm from the wave arrow and between successive elements of the ultrasound system connected by a screw connector 106. In a typical ultrasound system consisting of a transducer 101, a waveguide 102, a sonotrode 104 and a working tip 105, three predestined places can be distinguished for mounting a diaphragm, i.e. between the transducer 101 and the waveguide, between the waveguide and the sonotrode, and between the sonotrode and the handpiece. A proper arrangement may include any combination of these, for example, one electrode at the handpiece 105 or at every possible mounting location. One skilled in the art will also easily propose an arrangement comprising a plurality of waveguides and additional attachment locations for connection electrodes according to the invention.

Element mocujący elektrody przyłączeniowej stanowi miejsce podłączenia układu wysokoprądowego (najczęściej przewodu lub taśmy miedzianej) do układu ultradźwiękowego. Koniec diafragmy połączony z elementem mocującym przenosi minimalne drgania od układu ultradźwiękowego i prąd o wysokim natężeniu, w związku z tym istnieje ryzyko związane z utratą kontaktu i wyiskrzaniem pomiędzy diafragmą a elementem mocującym. Dlatego element mocujący składa się co najmniej z dwóch części, pomiędzy którymi ściśnięta jest diafragma. Element mocujący może być połączony w sposób trwały do diafragmy np. przylutowany do diafragmy lutem srebrnym. Element mocujący może być połączony mechanicznie z resztą układu np. stanowiąc część obudowy układu ultradźwiękowego.The connecting electrode mounting element is the place of connecting the high-current system (usually a copper wire or tape) to the ultrasound system. The end of the diaphragm connected to the mounting element transfers minimal vibrations from the ultrasound system and high intensity current, therefore there is a risk of loss of contact and sparking between the diaphragm and the mounting element. Therefore, the fastening element consists of at least two parts, between which the diaphragm is clamped. The fixing element can be permanently connected to the diaphragm, e.g. soldered to the diaphragm with silver solder. The fastening element may be mechanically connected to the rest of the system, e.g. as part of the housing of the ultrasound system.

Elektroda przyłączeniowa według pierwszego przykładu wykonania przedstawiona jest na Fig. 3a i 3b. Elektroda przyłączeniowa według przykładu zbudowana jest na bazie diafragmy z pofalowanej taśmy 309 ze stopu aluminium 7070 o grubości 1 mm. Wzdłużny przekrój taśmy na przebieg sinusoidalny z amplitudą 2 mm. Elektroda mocowana jest pomiędzy sonotrodą 104 a końcówką roboczą 305 stanowiącą jednocześnie łącznik śrubowy i z drugiej strony za pomocą dwóch elementów dociskowych 310 wykonanych z mosiądzu M60 dołączonych do układu wysokoprądowego 107.A connection electrode according to the first embodiment is shown in Figs. 3a and 3b. The connection electrode according to the example is constructed on the basis of a diaphragm of corrugated tape 309 made of aluminum alloy 7070 with a thickness of 1 mm. Longitudinal section of the tape into a sinusoidal wave with an amplitude of 2 mm. The electrode is fixed between the sonotrode 104 and the working tip 305, which is also a screw connector, and on the other hand, by means of two M60 brass clamping elements 310 connected to the high-current circuit 107.

Elektroda według drugiego przykładu wykonania przedstawiona jest na Fig. 4. Elektroda przyłączeniowa według przykładu zbudowana jest na bazie osiowosymetrycznej tłoczonej diafragmy 409 ze stopu Ampcoloy 972 o grubości 2 mm. Promieniowym przekrój diafragmy ma przebieg sinusoidalny z amplitudą 1 mm. Elektroda mocowana jest pomiędzy falowodem a sonotrodą przez ściśnięcie łącznikiem śrubowym, a po stronie zewnętrznej za pomocą kołnierza 410 w standardzie ISO-K 100 wykonanego z brązu berylowego, do którego przyłączony jest układ wysokoprądowy 107.The electrode according to the second embodiment is shown in Fig. 4. The connection electrode according to the example is constructed on the basis of an axisymmetric embossed diaphragm 409 made of Ampcoloy 972 alloy with a thickness of 2 mm. The radial cross-section of the diaphragm has a sinusoidal wave with an amplitude of 1 mm. The electrode is attached between the waveguide and the sonotrode by compression with a screw connector, and on the outside with a flange 410 in the ISO-K 100 standard made of beryllium bronze, to which the high-current system 107 is connected.

Elektroda według trzeciego przykładu zbudowana jest, podobnie jak w przykładzie drugim, na bazie osiowosymetrycznej tłoczonej diafragmy ze stopu Ampcoloy 972 o grubości 2 mm. Promieniowy przekrój diafragmy ma przebieg sinusoidalny z amplitudą 1 mm. Elektroda mocowana jest pomiędzy przetwornikiem a falowodem przez ściśnięcie łącznikiem śrubowym i z drugiej strony za pomocą kołnierza w standardzie ISO-K 100 wykonanego z brązu berylowego, do którego przyłączony jest układ wysokoprądowy. Ponadto diafragma jest trwale połączona z kołnierzem za pomocą lutu srebrnego. Diafragma jest chłodzona od strony falowodu przez wymuszony przepływ wody demineralizowanej o wydatku 2 l/min zapewniając chłodzenie przetwornikowi.The electrode according to the third example is built, as in the second example, on the basis of an axisymmetric embossed diaphragm of Ampcoloy 972 alloy with a thickness of 2 mm. The radial cross-section of the diaphragm is sinusoidal with an amplitude of 1 mm. The electrode is attached between the transducer and the waveguide by squeezing with a screw connector and on the other side by means of an ISO-K 100 flange made of beryllium bronze, to which a high-current circuit is connected. Moreover, the diaphragm is permanently connected to the flange with silver solder. The diaphragm is cooled from the waveguide side by the forced flow of demineralized water with an output of 2 l / min, providing cooling to the transducer.

Elektroda według wynalazku rozwiązuje problem nakreślony w stanie techniki, gdyż dzięki rozdzieleniu funkcji mocowania mechanicznego i przyłącza elektrycznego pozwala zredukować nagrzewanie się układu hybrydowego bez zmiany jego właściwości mechanicznych. Pozwala to stworzyć praktyczny układ spawalniczy wykorzystujący jednocześnie przepływ prądu o wysokim natężeniu jak i wibracje ultradźwiękowe.The electrode according to the invention solves the problem outlined in the prior art, because thanks to the separation of the functions of the mechanical fastening and the electrical connection, it allows to reduce the heating of the hybrid system without changing its mechanical properties. This allows you to create a practical welding system that uses both high-intensity current flow and ultrasonic vibrations.

PL 239 793 B1PL 239 793 B1

Claims

1. Connecting electrode of the high-current supply system to the ultrasound system, the vibrating elements of which are connected by a screw connector, characterized by the fact that it consists of a diaphragm made of a material with IACS electrical conductivity above 20%, stiffness less than or equal to 10 kN / mm in the axial direction of the system ultrasonic device and fixed in at least two places, of which it is compressed in the first place between the elements of the ultrasound system connected by a screw connector, and in the second place it is connected to the high-current power supply system.

2. Electrode according to claim 1, characterized in that the diaphragm is constructed in the form of a corrugated strip.

3. The electrode according to claim 1, characterized in that the diaphragm is constructed in the form of a corrugated plate.

The electrode according to claim 1, characterized in that the diaphragm is cooled at least on one side by the flowing cooling medium.

5. Electrode according to claim 4, characterized in that the diaphragm is cooled with demineralized water.

6. The electrode according to claim 1, characterized in that the diaphragm is made of Ampcoloy alloys or 7000 series aluminum alloys.