快速冷却缩短生产过程中的循环时间 汽车行业将受益于超声波焊接工具

超声波焊接在汽车工业中被认证为经济节约型连接工艺，用于连接和安装塑 料和金属件。其显著优势就是无需使用胶粘剂、连接元件和溶剂；因此这种 方法十分环保有效。这适用于要求较短循环时间的应用，例如使用机器人 时。现在，创新型冷却理念实现了快速生产线上不到两秒的循环时间。 在汽车行业中需要将单个部件组装成较大的模块时，通常选择超声波铆接。 通过将超声波能量有效转化为热量而使接触点上的塑料塑化，在压力下塑形 并压制。因此，在产品和环境的热负荷较低时，在焊缝冷却后形成十分坚固 的连接处。为了加速这个过程从而缩短循环时间，通常使用铆接工具，即冷 却焊头。为此将产生不同的可能性，但是之间具有显著的效率差异。 焊头冷却时效率更高 仅使用压缩空气吹焊头是一种可能性。但是冷却过程将持续很长时间，而且 其中大量的压缩空气消耗也并不高效。所以带有一体模腔（即空腔）的焊头 比较常见，它能将压缩空气有针对性地引导至尖头上。冷却空气也能准确引 导到所需的地方。这将加速冷却过程并减少压缩空气消耗。但是该解决方案 在结构上比较复杂，尤其是在焊头安装在机器人上的时候。压缩空气必须直 接在焊头上固定。因此这个解决方案缺少灵活性，因为不能再轻易地更换焊 头。例如在更换产品时每次必须先松开压缩空气管路，之后再重新固定。此 外即使焊头使用寿命较长，但是毕竟是损耗件，总会需要更换。

涡流升压器 因此超声波专家 Telsonic AG 以为焊头冷却研发了其它方案。在这个已申请 专利的方案中，压缩空气连接不再放置在焊头上，而是在升压器上。原则上 超声波系统由几个部件组成：产生超声波的电箱，转换器（其借助压电陶瓷 将超声波转换成机械震荡，然后经过升压器增强，再传导至焊头。 使用升压器进行冷却具备两个优势。如此一来在更换焊头时不必再松开压 缩空气接口且冷却将更高效。涡流升压器工作原理：首先将压缩空气（最 大 10bar）引导至升压器并进行预冷。之后再将其放松并利用焦耳-汤姆逊效 应，以便继续降低空气温度（参见技术栏）。在日常生活中也有这样直观的 示例：冷却苏打水、奶油冰淇淋或生奶油从压力瓶中挤出时、造雪机将人造 雪扔向滑雪场时。适合升压器的焊头具有特殊形状的模腔，其适合兰克 - 赫 尔胥涡流管。具有快速涡流循环的低压区将中心的冷空气与焊头壁表面上的 热空气分隔开。然后，来自焊头中心的冷气流直接到达焊头尖端。以此铆接 点更快冷却；冷却效率提高。实践表明，借助专利的冷却工艺，机器人支持 的超声波铆接的周期时间减少近一半，有时甚至不到两秒。

​善用物理效应 Telsonic 专利基于在涡流升压器和焊头的 空腔内部在压缩空气中产生温度梯度。进入 涡流发生器的压缩空气首先通过焦耳-汤姆 逊效应进行预冷却。之后空气像在涡流管 中一样流过涡流升压器和焊头的特殊形状 的模腔，从而延长了空气的停留时间。因 此，Telsonic 工艺的冷却效率比以前已知 的仅在未冷却的压缩空气下运行的焊头系统 更好。