超声波线束焊接工艺优势
超声波金属焊接机

超声波金属焊接机超声波金属焊接机就是应用超声波金属点焊技术,分超声波金属点焊机、超声波金属线束焊接机、超声波金属管封尾机、超声波金属滚焊机,把超声波金属焊技术改为四种不同的超声波金属焊工艺。
[在此主要介绍超声波金属点焊机]超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。
它类似于摩擦焊,但有区别,超声焊接时间很短,温度低于再结晶;它与压力焊也不相同,因为所加的静压力比压力焊小的多。
一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动出去金属表面的氧化物,并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件交界面产生塑性变形。
这样在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。
焊接时间过长,或超声波振幅过大会使焊接强度下降,甚至破坏。
超声波金属焊接机工作原理把高频电能通过超声波换能器转换成机械振动能,直接传导到超声波金属焊接机焊头上,作用于两个需要焊接的金属表面并产生高频摩擦,在加压的情况下,使两个金属表面相互主频摩擦造成生热凝聚而熔接。
能对铜裸露线进行并线焊接,超声波焊接过程是一个机械过程,无电流通过工件,无熔化出现。
其电性能和热性能是其他工艺所达不到的。
因此对有色金属材料来说,无疑是一种理想的金属焊接系统。
特别是铝、镍、铜、银等细、薄材料进行单点、多点、方形、条形、单层、多层、复合焊接起到理想效果。
其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工,也在于超声焊接消耗低、寿命长、劳动强度低。
超声波金属焊接机焊接阶段(1)振动摩擦阶段:超声波金属焊接的第一个过程主要是摩擦过程,其相对摩擦速度与摩擦焊相近,只是振幅仅仅为几十微米。
这一过程的主要作用是排除焊件表面的油污、氧化物等杂质,使纯将的金属表面暴露出来。
焊接时,由于上声极的超声波振动,使其与上焊件之间产生摩擦而造成暂时的连接,然后通过它们直接将超声波振动能传递到焊件间的接触表面上,在此产生剧烈的相对摩擦,由初期个别凸点之间的摩擦逐渐扩大到面摩擦,同时破坏、排挤和分散表面的氧化膜及其他附着物。
超声波金属焊接原理及应用详解
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目录一、摘要 (2)二、超声波金属点焊接原理及特点 (2)1.超声波金属焊接的优点 (2)2.超声波金属焊接的不足 (3)3.影响超声波金属焊接质量的主要因素 (3)三、国内外研究现状 (4)1.研究现状国内 (4)2.国外研究现状 (5)四、制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素 (7)五、超声波金属焊接技术今后发展方向 (7)六、参考文献 (8)摘要:介绍了超声波焊接技术的基本原理、目前的发展状况,对目前国内外金属超声波焊接设备进行了简要介绍,对国内相关领域的发展进行了总结,分析了目前制约金属超声波焊接技术的关键因素和解决的对策,并对超声波技术的发展趋势进行了展望。
关键词:超声波焊接;发展状况;发展趋势The basic principles of ultrasonic welding technique and the present research status were presented, the metalultrasonic welding apparatus at home and abroad were briefly introduced, and the domestic developments in the relevant metalultrasonic welding areas were summarized. Moreover, the key factors that currently affect metal ultrasonic welding and thesolutions to these issues were analyzed, the development tendency of ultrasonic metal welding techniques was pointed out atthe end.Key words:ultrasonic welding; development status; development tendency超声波金属焊接还在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用,量比电流焊接少得多,超声波邦定作为超声波金属焊接的一种小功率应用,常用于晶体管或集成电路引线的焊接。
霍尼韦尔超声波焊接
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霍尼韦尔超声波焊接霍尼韦尔超声波焊接是一种常见的焊接技术,利用超声波的振动产生热量来实现材料的焊接。
它具有快速、高效、无污染等优点,在各个行业得到广泛应用。
超声波焊接是一种固态焊接方法,不需要加入任何额外的材料,只需将要焊接的两个材料表面挤压在一起,通过超声波的振动使材料表面发生摩擦,产生热量,达到焊接的目的。
这种焊接方法适用于金属和塑料材料的焊接,可以焊接不同材料之间的接头。
超声波焊接的原理是利用超声波的振动产生的机械能和热能,使材料表面摩擦产生热量,将两个材料表面熔化并结合在一起。
超声波振动的频率通常在20kHz到70kHz之间,能够产生高频振动,使材料表面迅速熔化并焊接。
超声波焊接的焊接时间通常在几十毫秒到几秒钟之间,焊接速度非常快。
超声波焊接的优点之一是焊接速度快。
由于超声波的高频振动,使得焊接过程迅速完成,大大提高了生产效率。
此外,超声波焊接不需要额外的焊接材料,避免了焊接过程中产生的有害气体和污染物。
超声波焊接的焊接接头强度高,焊接后的接头均匀牢固,具有良好的密封性和抗压性能。
超声波焊接在各个行业都有广泛的应用。
在电子行业中,超声波焊接可以用于焊接电子元件,如集成电路芯片、电池、连接线等。
在汽车制造行业中,超声波焊接可以用于焊接塑料零部件,如汽车灯具、仪表盘等。
在医疗器械行业中,超声波焊接可以用于焊接塑料零部件,如输液器、注射器等。
在家电行业中,超声波焊接可以用于焊接电器零部件,如电视机壳体、洗衣机面板等。
然而,超声波焊接也有一些局限性。
首先,超声波焊接对材料的适应性较差,只适用于某些特定的材料。
其次,焊接过程对材料的表面质量要求较高,需要保证焊接面的平整和清洁。
此外,超声波焊接的设备和工艺要求较高,需要专门的设备和操作技术。
霍尼韦尔超声波焊接是一种快速、高效、无污染的焊接技术,在各个行业都有广泛应用。
它利用超声波振动产生的热量实现材料的焊接,具有焊接速度快、焊接接头强度高等优点。
然而,超声波焊接也存在一些局限性,需要对材料的适应性和表面质量有一定要求。
超声波焊接的原理及应用
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超声波焊接的原理及应用1. 简介超声波焊接是一种利用超声波振动能量来实现材料的焊接技术。
它通过将高频振动传导到两个被焊接的材料之间,使它们在接触面产生摩擦热而达到熔接的目的。
超声波焊接广泛应用于汽车、电子、医疗等领域,具有焊接速度快、焊接强度高、无需额外添加焊接材料等优点。
2. 原理超声波焊接的原理是利用超声波在材料接触面上产生摩擦振动,使材料表面产生高温和高压,并迅速熔接起来。
其具体原理如下:•超声波产生:超声波是频率高于20kHz的机械振动波。
通过超声波发生器产生的高频电信号,经过换能器的转换作用,变成机械振动,形成超声波。
•振动传导:超声波振动通过提示头传导到焊接材料上,使其产生微小的摩擦振动。
•接触面摩擦:被焊接材料表面相互接触产生摩擦,使温度急剧升高,因为摩擦产生的热量引起焊接界面的塑性变形。
•熔接:热量累积到一定程度时,焊接界面的材料开始熔化,并形成熔池。
•固化:当超声波停止传导时,熔池冷却凝固,并且形成牢固的焊接接头。
3. 应用领域超声波焊接在多个领域有着广泛的应用,以下是其中几个主要领域:3.1 汽车制造•车灯组件焊接:超声波焊接可用于汽车前大灯、尾灯等组件的焊接。
它可以确保灯具的水密性,提高焊接强度,同时避免因高温焊接导致的变形。
•内饰部件焊接:超声波焊接可用于汽车内饰件的焊接,如仪表板、门板等。
它能够快速焊接,并且焊接点牢固,不会对外观造成任何损伤。
3.2 电子制造•电子元件焊接:超声波焊接可用于电子元件的焊接,如电池片、电路板等。
它可以实现高效快速的焊接,同时保持焊接点的精确度和稳定性。
•电缆连接:超声波焊接可用于电缆的连接,如线缆、USB接口等。
它能够实现高强度的焊接,并且焊接时间短,无需使用额外的焊接材料。
3.3 医疗器械•塑料容器焊接:超声波焊接可用于医疗器械中的塑料容器的焊接。
它可以确保无菌环境,同时提高容器的密封性和耐压性。
•医用器械组件焊接:超声波焊接可用于医用器械的组件焊接,如手术器械、医用注射器等。
超声波线束焊接工艺的优势探讨
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超声波线束焊接工艺的优势探讨摘要:伴随我国交通物流系统的不断完善,对工业搬运车辆设计与应用提出更高的要求。
以叉车为例,作为物流系统中主要搬运设备,在许多如仓库、工厂、港口、机场以及车站中均有所体现,这在一定程度上要求叉车整体设计质量不断提高。
本次研究将对超声波线束焊接工艺做简单介绍,分析超声波线束焊接工艺在叉车线束工艺中的应用表现,在此基础上提出超声波线束焊接工艺应用的具体优势与前景。
关键词:叉车线束;超声波线束焊接工艺;优势前言:作为当前汽车制造领域中常见的电连接工艺,超声波线束焊接属于摩擦焊、冷压焊两种工艺间的一种技术,通过其高密度能量完成焊接过程。
值得注意的是,尽管近年来汽车制造领域中,如叉车线束方面逐渐引入超声波线束焊接工艺,但对其技术应用原理以及技术优势了解较少,可能导致工艺技术应用优势被限制。
因此,本文对超声波线束焊接工艺的研究,具有十分重要的意义。
1超声波线束焊接工艺基本概述关于超声波线束焊接工艺,其中的超声波属于一种高频率震动下产生的高于人类听力声波,通过该能量可满足非铁金属焊接要求。
而线束工艺,可将线束理解为一种载体,主要用于负载源提供信号与电力,负责信号控制以及能量传输,在许多行业领域中均有所涉及,如家用电器、航空航天设备、轮船、农用设备、工程机械设备以及汽车等。
结合近年来大多研究,可发现线束中应用较为广泛的是铜质材料,在几公里长度范围内,铜质线束均可到达,这在帮助控制信号传播以及能量传递等有积极作用,若能将其引入到压接、焊接中,更有助于组织的可靠连接。
目前,线束连接方式中选择超声波线束焊接,在汽车制造领域如叉车线束工艺组中优势极为突出,这也是行业发展的重要趋势[1]。
2超声波线束焊接工艺在叉车线束工艺中的应用表现2.1超声波线束焊接工艺基本原理叉车线束工艺中,将超声波线束焊接工艺引入,其实现的原理首先表现在两块工件夹持状态下,在焊接端头、硬砧中有静压力产生,工件顶部位置将接收超声波能量,该能量可保持短暂时间,使表面沾污物质、氧化膜摩擦破碎清除,此时有清洁的新生金属暴露,相互结合两个表面达到焊接目的。
超声波焊接与电烙铁焊接工艺优缺点统计
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超声波焊接与电烙铁焊接工艺的优缺点超声波焊接:
优点:1、防水板超声波焊接机体积小,不占空间;操作简单,携带方便,即插即用。
2、超声波焊机不向工件引入高温热源只是在静压力及弹性振动能的配合浸染下,将机器动能转酿成工件间摩擦功形变能和随之而发生的温升,使用安全,工作稳定可靠。
3、工作效率高、焊接牢固、无污染、环保又节能。
缺点:1、静压的时间与静压力量不好掌握,静压时间过长容易出现焊穿与出现熊猫眼现象。
静压时间稍短,又达不到焊牢的作用。
采用垫隔热纸后,能很好的解决焊穿与出现熊猫眼现象,但是垫隔热纸后热熔垫圈透光性不好,容易焊偏。
电烙铁焊接:
优点:1、采用垫隔热纸(必需)焊接,一个热熔垫圈只需焊接一次,焊接稳定牢固。
缺点:1、电烙铁焊枪使用前需预热25分钟左右,耽误时间。
2、电烙铁温度过高,使用时一般都达到了350℃以上,操作不当也很容易焊穿防水板。
3、挂板平台上防水板与土工布都是易燃材料,电烙铁放置不当极易发生火灾。
4、工作时间稍长,焊柄发热烫手,工人操作不便。
超声波焊接工艺
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对位与行程
对位
焊头、工件与底模之间的对位 工件放于底模,将气压放掉,焊头用力往下拉,对准接触面 然后将底模在底板上固定好
行程
以方便取放工件为宜
切记不能将焊头直接接触底模或底板的金属 等硬质材料,很可能会导致换能器的破坏。
压力
1.压力过低,会延长焊接时间,使工件表面产生疤痕 或质量不佳 2.压力过高,会使工件破裂,使界面结合欠佳, 甚至过载,而终止超声
成型-Swaging/Forming
点焊-Spot Welding
切除-Degating
超声波熔接适用的材料
哪些材料可以用超声波来焊接呢?
由超声波的工作原理我们可以知道,超声波的实际功率并不大,工作时间 短,所以产生的热量有限,所以一般只适用于一些熔点较低(400℃ 以下) 的材料。主要以热塑性的聚合物即塑料为主。我们主要了解一下各种塑料 的熔接特性。一般来说,聚合物的熔点越高,其焊接所需的超音波能量越 多。材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来, 愈硬的材料其传导力愈强。
复合式焊头-Composite Horn
加装压板的焊头-Plunger On Horn
真空焊头-Vaccum Horn
切削焊头-Cutting Horn
影响超声波熔接能量的因素(振幅)
超声波熔接夹具---底模(Fixture)
在焊接时需要对下面的工件进行固定及支撑,这也是非常 重要的。固定的夹具称之为底模。
焊接过度 减少焊接时间或降低压力 采用较低比例的调幅器
工件的检查或试验
欠佳
良好
参数记录
调幅器的选择
焊接面积-----面积越大,需要振幅越高 工件材料-----PP/PE/尼龙等较难焊的晶型树脂,需要的振
超声波焊接
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超声波焊接首先,我给大家介绍一下什么是超声波焊.超声波焊是一种快捷,干净,有效的装配工艺,用来装配处理热塑性朔料配件,及一些合成构件的方法。
目前被运用的朔胶制品与之间的粘结,朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结!它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术!超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果一、超声波的优点:1,节能2,无需装备散烟散热的通风装置3,成本低,效率高4,容易实现自动化生产!目前工厂常用的超声波焊接机二、超声波焊接机的工作原理!超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能,供应给转换器。
转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能,调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。
焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置!!振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化,振动会在熔融状态物质到达其介面时停止,短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键,整个周期通常是不到一秒种便完成,但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!三、超声波焊接的应用领域目前被运用的朔胶制品与之间的粘结,朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结!四、超声波焊接的工艺焊接:指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。
当超音停止振动时,固体材料熔化,完成焊接。
其接合点强度接近一整块的连生材料,只要产品的接合面设计得匹配,完全密封是绝对没有什么问题的,碟合:熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。
嵌入:将一个金属元件嵌入塑料产品的预留孔内。
具有强度高,成型周期短安装快速的优点!!类似于模具设计中的嵌件!弯曲/生成音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。
这种方式的优势在于处理的快速,较小的内压,良好的外观及对材料本性的克服。
点悍点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。
超声波焊接的工艺特点
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超声波焊接的工艺特点超声波焊接的焊点,应有高的接合强度和合格的表面质量,除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外,还应注意与上声极接触处的焊点表面情况,不允许有裂纹和局部未熔合,因此,超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。
一、超声波焊接特点1)可焊接的材料范围广,可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料(如金、银、铜、铝等)和一些难熔金属的焊接,也可用于性能相差悬殊的异种金属材料(如导热、硬度、熔点等)、金属与非金属、塑料等材料的焊接,还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。
2)焊件不通电,不需要外加热源,接头中不出现宏观的气孔等缺陷,不生成脆性金属间化合物,不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。
3)焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化,其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高,且稳定性好。
4)被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小,焊前对焊件表面准备工作比较简单。
5)形成接头所需电能少,仅为电阻焊的5%;焊件变形小。
6)不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂,具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。
超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制,因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚,接头形式只能采用搭接接头,对接接头还无法应用。
二、超声波焊接的分类超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向,超声波焊接的基本类型可以分为两类:一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦,这种方法适用于金属材料的焊接;另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件,主要是用于塑料的焊接。
常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊;近年来,双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。
(1)点焊点焊是应用最广的一种焊接形式,根据振动能量的传递方式,可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。
振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。
超声波线束焊接工艺优势
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超声波线束焊接工艺优势摘要:随着科学技术的发展,我国的超声波线束焊接技术有了很大进展。
在众多线束中,尤以铜质材料的线束应用最为广泛。
由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里,所以为了便于能量和控制信号的传播,这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。
超声波线束焊接作为一种线束之间的连接方式,以其独特的优点逐渐在那些对高质量电气结合性能的金属线束相关行业成为主流。
关键词:超声波焊接;发展状况;发展趋势引言超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的接合。
无论是超声波塑料焊接还是超声波金属焊接,基本原理都大致相同,但是由于金属材料与塑料的差异,超声波金属焊接要求有更高的精度以及更高的功率容量和低的阻抗,因此对超声波发生器和换能器等组件的要求更加严苛,正是这些要求,使得早期用于焊接塑料的超声波焊接装置和技术不能胜任金属材料的焊接。
1概述①超声波:一种高于人类听力上限的声波。
由于它可以产生高频率的振动,使得我们可以利用它来进行非铁金属焊接。
②线束:线束是为一定的负载源提供电力或者信号的载体,其在设备内部就像血管和神经网络一样分布广泛,传输能量和控制信号。
所以线束广泛应用于汽车、工程机械设备、农用设备、轮船、航空航天设备、家用电器等行业。
而在众多线束中,尤以铜质材料的线束应用最为广泛。
由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里,所以为了便于能量和控制信号的传播,这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。
2超声波金属焊接原理超声波金属焊接是在19世纪30年代偶然发现的。
当时在做电流点焊电极加超声振动试验时,发现不通电流也能焊接上,因而发展了超声金属冷焊技术。
超声波焊接虽然发现较早,但是到目前为止,其作用机理还不是很清楚。
它类似于摩擦焊,但有区别,超声波焊接时间很短,局部焊接区温度低于金属的再结晶温度;它与压力焊也不相同,因为所加的静压力比压力焊小得多。
超声波焊——精选推荐

第八章!超声波焊利用超声波振动进行连接的可能性!是在四十年代偶然发现的"事情发生在某些实验工作中!那时是用超声波来改善普通电阻点焊时的晶粒组织"然而!偶然的机会使主焊接电流未被接通!不过电极仍对工件施加了正常的压力和超声波振动"后来发现!尽管如此!仍旧形成了焊点"这项发现之后不久!在欧洲对整个过程开展了详尽的研究!最终导致超声波焊接技术的出现"第一节!超声波焊原理超声波焊接是一种不使用钎剂和填充金属的固态焊接方法"这种技术是将待焊部件界面上的原子通过原子间吸引力结合到一起"它也是一种#冷$连接技术!因为原子结合和扩散发生在材料的半固态和固态"加热时!表面清理比材料的熔化对焊接的影响更大"这种技术的特点是较低的加热温度和较小的变形!因为焊接温度一般都低于该金属的熔点"近期某些研究表明!超声波焊接形成了非常细的晶粒组成的连续层!这些研究者认为!形成这种组织的唯一原因!是焊接时熔化时间短和薄表面层冷却速度快"这种原理也比较简单"已经发现!即使没有焊接电流!紧密接触和高频振动能量通过两块相邻金属而产生的摩擦!就可以使其结合到一起"第二节!超声波焊工艺方法工件被夹持在一起!受到硬砧和焊接端头之间较低的静力!超声波能量传输给工件顶部!维持短暂的时间"待结合表面之间的摩擦可以破碎氧化膜和其它沾污!每个表面上暴露出清洁新生的金属!从而使原子间距内的两个表面相互结合"一旦两表面处于一个原子间距内!就会产生金属型结合!由于超声波清理作用是连续的!就没有时间来形成阻碍原子接近的新氧化膜"完成最终的冶金结合时!无电弧和飞溅!无焊缝金属的熔化!铸造组织无熔化!厚度变形也很小"焊接工序中变动较大的参数是所施加的夹持力%功率级%点焊时间或连续缝焊的焊接速度"对于给定的材料组合这三个参数不能单独确定!因为在焊接工艺中它们的相互关系是很重要的"对于规定的用途!这种特殊组合主要取决于材料的性能和厚度"夹持力可在几克至几公斤之间变动"功率输入可在几毫瓦至几千瓦之间变动"点焊时间通常为.’.!至!’1P"连续缝焊时的焊接速度!对于薄箔材料可以高达每秒数米"一般来说!已发现高功率和短焊接时间取得的结果!优于低功率和长焊接时间的结果"此外!存在着一个最佳夹持力!保持这个力就可用最小的振动能量使给定材料组合达到有效的连接"&&!&&.第三节!超声波焊主要参数可供焊机操作者控制的参数有!声极头半径和表面"夹持力"功率级"点焊"环焊和直线焊的焊接时间"以及连续缝焊时的焊接速度#一!声极"头半径和表面声极头半径虽然不象特殊值那样至关紧要"但也是需要特别注意考虑的因素"因为它影响焊缝区"以及影响夹持力$功率$脉冲时间或滚动速度等的焊机调整#搭接平板材料点焊时"有效声极头半径应大致等于与其相接触的板材厚度的&.(!..倍#相对应的砧座是平的"而不是弯曲的#声极头半径过大会导致焊点中心附近出现大块脱焊区"使焊接质量和重复性发生很大波动#声极头半径太小不但会引起过深的压痕"也会使质量和重复性发生波动#当将丝材连接到板材上时"需要使用带槽的声极头%如果丝材很细类似于连接半导体装置用的那样"焊机声极头的尺寸和表面光洁度都应精确#二!夹持力为了在最低能量状态下完成焊接"正确的夹持力值是重要的"对于任何特殊的焊机"正确的夹持力可使焊接时间最短#理想的夹持力既能制止声极和焊件之间的滑动"也不会因压力大而使焊件受损#在相当宽的范围内"对焊接接触力实际上没有基本的要求#过大的夹持力产生不必要的表面变形并增加所需要的焊接功率#不恰当的力引起声极头滑动$表面损伤$声极头损坏$过热和焊接不良等#如果夹持力大大低于要求值"很可能会使换能器耦合损坏"尽管焊机通常装有安全联锁装置以防止在这种状态下施加功率#要测定正确的夹持力"应绘制一条焊接阈值曲线#在特殊情况下使用的夹持力取决于元件的厚度和硬度#带细齿和磨毛的声极头能有效地减少夹持力"这种方法可以减少焊点尺寸和保持焊点质量#三!功率功率的调整通常是用传输给换能器的高频电瓦数来表示#能量&也就是功率’要求"根据待焊材料的性能和厚度而变化#不同厚度的同种材料焊接时"功率输入取决于与声极头相邻的较厚元件的厚度"已发展了可传输约1&Y E 的换能器耦合系统"用于大型和难焊接材料"而小型半导体或微型线路焊接可能仅需几分之一瓦#()&.!("声极&G >G T D G M 7’是一个新订的术语"用以指与工件接触的振动功率传输元件"它包括端头在内#近年来这一术语已被广泛采用"以区别于电阻焊所用的电极#)))原作者注四!焊接时间或速率振动能量传输给工件时的焊接时间!无论对于点焊"环焊或缝焊!都在.’..&P#极细的丝$至!P#较厚材料$之间%如所需焊接时间较长!说明功率不当%高功率和短焊接时间所得结果通常优于低功率和较长焊接时间%过长的焊接时间不仅使表面外观变坏!同时还会出现内部加热和内部裂纹%这些相同因素在进行连续缝焊的速率中也很重要%按现有设备!焊接较硬和较厚材料的速率为每秒数米%五!功率"力的程序设计采用功率"力的程序设计!可更有效地焊接某些材料!如难熔金属及其合金%它包括焊接循环中功率和夹持力的增量变动%在恒力和恒功率情况下!测量传输给焊件的功率发现有一段开始期!这时声极头和工件之间的耦合已经建立!但实际功率传输却很低%随后出现一段相当高的功率传输期%由低功率和高夹持力开始焊接循环!所建立的耦合效率更好%经过一个短暂的感应时间后!功率升高形成焊缝%六!表面准备超声波焊接时!大多数材料的表面清理并不是非常重要的%焊接机理破坏和分散了正常的氧化层和配合表面上的其它表面膜%易焊材料如包铝合金"黄铜和铜可在精轧状态进行焊接!通常仅需用去垢剂清除掉表面润滑剂即可%带有热处理氧化皮的材料焊接时!最好用机械打磨或化学浸蚀溶液进行焊前清理%一旦表面氧化皮被清理掉!焊接前的存放时间无关紧要%良好的表面加工状态有助于超声波焊缝的形成%通过轧制"拉拔或挤压!表面都是满意的%由于氧化"热处理或深浸蚀导致的粗表面有时也会引起麻烦%有一些化学溶液能使表面光亮%穿过表面沉积或涂层也能进行超声波焊!但所需的能量级略高%例如!厚氧化的+>e :G>7F U板材不需要预先清理氧化层就能焊接!厚度为.’...!@>#小于.’.!<<$阳极化涂层的铝获得了合格的焊缝%在不能进行表面清理的应用中!这种能力特别重要%在电气或电子元件的焊接中!经常要求通过绝缘磁漆或塑料膜进行焊接%超声波焊在这方面效果很好!能穿透象聚氯乙烯或聚乙烯这类薄膜%硅基绝缘层较难穿透!焊前需要进行清理%第四节!超声波焊的优缺点超声波焊的优点如下&"!温度稳定保持在金属熔点以下!可防止污染%适当调节焊机部件能够控制升温% #!原来难以焊接或不能焊接的异种金属!可以牢固地焊按在一起%’’!%&.$!异种金属接头的焊接区内很少形成金属间化合物!%!没有电流穿过焊接区"因而没有电弧或火花污染!&!薄箔或细丝能自身焊接或与大而重的元件焊接!’!可以有效地焊成各种各样的外形!5!可以重复获得不漏氦的气密焊缝!7!此工艺和所用设备很容易并入许多用途的自动化生产线!8!可焊高传导性和高电阻金属!9!不需要预先清理"以及退火或清理等焊后处理!:;<!由于不需要消耗性材料"所以省去了其它方法必需的气体#焊条#焊剂和钎焊料等!此种工艺也没有必要对气味和有毒烟尘进行通风排除!现阶段超声波焊的局限性如下$"!如利用现有设备生产优质焊缝"对于任何材料都存在一个厚度上限!#!超声波对接焊技术尚未研究成功!第五节!超声波焊应用在各种几何形状的材料组合焊接中"由于超声波焊的多用性和所得焊缝的均匀性"使它在大量的应用中能作为一种生产技术而被接受!在某些情况下"它可以焊接其它方法无法焊接的元件!在另一些情况下"这种焊接完成得比其它方法更为有效#可靠或经济!点焊可以用于普通的结构连接"或者用于仅仅以固定为主要要求的用途!在要求连续焊接的地方"或者由于强度目的和包装件的密封"点焊缝或连续焊缝都是有效的!环焊也可以用于密封"例如小管件的密封"或者希望得到圆形焊缝!平面焊可用在一块扩展面积上要求连接的地方"例如在一种材料上覆盖另一种材料!下面是已成功采用超声波焊的一些专用领域$!’用于汽车#核反应堆#飞机#导弹和火箭上的结构!1’电气上的应用"例如使导线固定于变压器线圈上%使接触点固定于薄板#厚板或带材上%以及使标准铝丝固定于铜接线头上!#’电子上的应用"特别适合于其它方法难以焊接的微型元件!这些应用包括使导线固定于半导体材料上"装配电桥丝或配电元件"连接电子管元件"在高温印刷线路板上焊接导线"要求特殊气氛或无污染的电子元件的密封!$’包装上的应用"特别适用于各种尺寸和形状的金属箔包装件的密封"即铝制罐头和挤压管的密封"以及食物#药品等的包装!一!电子器件一种生产工艺是使铝或金导线丝固定于晶体管#二极管和其它半导体装置上!尺寸由.’...&至.’.1.@>&.’.!至.’&$<<’的丝材可以焊接到硅或锗的普通或热喷涂的表面上!这样得到可靠性高的#传导性好的结合"合格率达到-&(!..A!超声波焊可以用铝代替金丝作导线"固定于硅的镀铝表面上"消除了通常在这种接头中产生的脆性金"铝金(((!.&属间化合物!与此类似"丝材和带材可以焊接到薄膜或微型电路上!铝#铜#金和镍导线已焊接到陶瓷或玻璃基体的各种热喷涂薄膜上!这样既可制造低电阻的可靠接头"又避免了薄膜或导体的污染和元件的热变形!利用超声波环焊有效地完成了微型电路和其它电子元件的封装!象晶体管或二极管壳这类包皮"可以气密封严而又不污染高纯度的内部元件!制造一个完整的环形焊缝只需要!P或更短时间的一个焊接脉冲"这种能力大大节约了时间和成本!环焊经常用于连接电话耳机的钒片#封严铝和钽电容"以及连接和气密封严光电倍增管!超声波焊能制造电子管组件的接头!此外"它善于焊接异种金属的能力"使得可以采用钛和铼这类保证优异工作特性的管材!二!电接点超声波焊能有效地制造载流接点"包括铝#铜#银和其它金属的各种组合!一种类似的应用是在制造各种点火装置时将细丝固定在较大的接线柱上"这种点火装置依靠高电阻电桥丝元件引发爆炸或其它化学反应而点火!直径.’..!@>$.’.#<<%的镍"铬#钨"铂细丝和铜#铁#磷青铜等材料的接线已能焊接!用这种方法还制造了各种各样异种金属组合的热电偶接点!铁"康铜#铬镍"康铜#铬镍"镍铝"以及最近发展的高温钨"铼热电偶已完成了与铝#钢#铜及其它基体金属的焊接!即使铜箔导线上带有绝缘塑料薄膜"它也可以与铝变压器芯绕组固定住"也不会损坏这层薄膜和带入杂质而缩短接头寿命!同种或异种金属电线均已穿过一定的绝缘涂层焊接成功"标准铝丝也能与铜接线柱焊接在一起!铜和铝丝电枢绕组均用超声波焊与铜整流子焊接!在某些情况下"绕组为阳极化铝丝"则不必除去阳极化层"可直接穿过阳极化层焊接到整流子上!超声波焊还可用于将&成型’$阳极化%铝带导线固定到管形电解电容的外接线柱上!飞机和导弹的接地线也可泪超声波焊接"免除了钻孔与螺栓接地的必要性!汽车上要求的污染控制装置提高了高性能发动机和起动器的工作温度(过多的热量使钎焊料熔化并损坏电枢!有一家汽车公司将铜电枢绕组焊接到铜整流子起动器组件上"获得了高温工作的牢固接头"高速旋转和频繁起动也不会使其减弱!为与大型汽车铜制接线器焊接的半硬铜夹架!普通焊接带来的问题是铜夹退火!换句话说"退火会丧失熔丝定位所需的弹性!采用超声波焊不会引起退火"结合强度较高"因为它比点焊分布的面积广一些!三!封装和包装超声波焊工艺的特点促进了各种类型的包装用途"从软箔袋至压力罐都包括在内!这些接头是用环焊#缝焊或直线焊制造的!在封装罐方面包括铝罐体的边缝"超声波焊装置焊接搭接边时金属不产生塑性流动!环焊用于大多数铝制饮料桶上标牌盖板的密封!))-!.&焊接时间少于!秒!铝罐的生产率为每小时-..或更多条焊缝"如果被封装物对普通的焊接方法很敏感#如热$!或者封装物不允许暴露在空气中!则用这种工艺方法非常有利"被封装物包括起爆药%缓燃推进剂%焰火剂%高能燃料%高能氧化剂%活生命组织培养基等"在军械制造中!从未听说过超声波焊接引起敏感材料燃烧的事件!即使在焊接区内存在材料微尘"由于超声波焊便于在保护气氛#或真空中$进行!它可以对医疗器械%精密仪器部件或其它必须防尘或防污染的材料进行无污包装"这种能力使它可以封装能与空气反应的化学药品!如磷%氢化铝锂及过氯酸铵"焊接后!密封的气密性可以保证被封装物永久防护!以及挥发性材料#如限燃的红色发烟硝酸%乙醇和三氟化溴$的永久封存"四!结构一种空间飞行器用的核动力发电机!在).)!"*)铝合金外壳和#1!不锈钢内壳之间具有可膨胀的膜盒组件!见图("!"膜盒的制造要求在厚度各为.’.#!@>#.’(<<$的铝和不锈钢之间形成不漏气的牢固连接!利用超声波搭接点焊达到了这一要求"绝缘物和轻铝蜂窝夹芯结构在工业上已用超声波焊方法制造"超声波焊正在作为飞机骨架结构的焊接方法"第一项用途为直升飞机的舱门"因而使过去要求胶接的工作减少了%&A或更多的工时!并且省去了紧固件及其安装的劳动"这项技术将来会扩大用到飞机的主要骨架结构上"五!其它超声波焊应用于其它领域也已取得成功"例如!连续缝焊用于装配波纹热交换器元件"过滤器的滤网不需要堵孔就可以焊接"抽气管的顶端可以同时卷边和焊接以保证气密密封"多层焊也是可行的!例如!1.层.’..!@>#.’.#<<$铝箔可以用单脉冲和连续缝焊同时焊接"一个多层焊接励磁线圈"上述为超声波焊有效应用领域内有代表性的用途"新的用途在不断地探索!这种工艺的使用范围还在扩大"有的已扩展进入塑料领域"热塑性塑料的超声波焊与金属的超声波焊不同!因为作为塑料部件界面之间由于摩擦热而消耗的振动机械能!足以使塑料的温度上升到界面处的熔点以上"所以!熔化材料的凝聚是塑料超声波焊的重要部分"塑料的有效超声波焊取决于&#!$材料’#1$接头设计’##$零件外形’#$$接头至声极端头的距离’#&$声极外形’#)$零件支撑’#%$传输给零件的能量"其它发展和进一步探索的新领域包括发展热声顶锻一对焊工艺!它与超声波焊的区别如下&!’焊接接头的类型(((超声波焊为搭接!热声波焊为对接"1’所用的振动方式(((超声波焊为横波!热声波焊为纵波"#’所用的能量类型(((超声波焊为动能!热声波焊为位能"$’焊接机理中加热所起的作用(((超声波焊为被动的!热声波焊为主动的")).!.)图("!!空间使用的核能直接转换电能的超声焊接发电机的剖视图未来的家庭主妇可以在家里利用超声波钛喇叭状柄代替针和线缝制衣服!因为所含塑料纤维量越来越多的衣服将会广泛使用"一种可在外场条件下焊接金属丝的手持便携式超声波焊机!示于图("1"这种焊机可以穿过聚合物绝缘层#塑料涂层和油漆层进行焊接!免除了剥皮和卷接等工序"焊机可以焊接单股线和制造铜#铝和黄铜合金单一金属和双金属焊点"这种焊机外场操作很方便!可以对无线电设备#雷达装置#飞行器进行修理"超声波焊将来的用途在于增加焊接厚度范围和扩大可焊金属品种!特别是异种金属的组合"第六节!超声波软钎焊超声波的用途在不断增加"这种1.Y /0和更高频率的能量形式早已应用于无损检测#部件清洗#脆性材料切割和金属切削!以及金属成型的辅助工序"塑料也开始使用超声波焊接和拉软!节省了大量的装配时间和费用"在服装业中合成纤维使用超声缝纫"超声能的一项新用途是超声波辅助钎焊工艺!这时钎焊金属不需要钎剂"$!).!$图("1!外场用便携式超声波焊机的设计这种工艺现在为何具有吸引力?钎剂钎焊工艺已多年来行之有效!可以满足铝制空气调节器"热交换器和其它用途的连接要求#但使用钎剂要求清洗钎剂设备"盘管干操和脱水设备以及污水处理设备#钎剂清理不彻底的潜在问题和新的环境保护法规迫使发展一种无钎剂连接方法#这种新工艺方法对金属连接和材料利用都是一大进步#一!原理!$软钎焊软钎焊是一种连接工艺方法!包括将部件加热到适当温度!并使用一种液相线不超过(..!%$1%B$和低于基体金属固相线的填充金属凝聚以形成接头#钎料通常是借助毛细管吸引力分布在正确组装的接头表面之间#钎料和基体金属间的连接比胶接或物理附着的工作量要多一些!不过这种方式的确有利于强度#当熔融的钎料在金属表面留下一层连续的永久性薄膜时!就可以说表面被润湿#润湿一词常常被错误地引用为&挂锡’!而后者实际是用钎料预涂!不管它是否直正含有锡#为了产生润湿!在钎料和金属一定原子间的吸引力必须超过钎焊本身原子间的吸引力#在金属和钎料之间的界面上通常会出现金属间反应#这种润湿作用具有部分化学性质#1$超声波&超声波’这一术语并不涉及钎焊的加热方式!而是涉及一种能促进钎焊!而又不会使组件的温度产生任何重大变化的辅助手段#早在!-#-年之前!超声波原理就开始与超声波焊的早期发展相结合#无钎剂超声波钎焊大概是在!-#)年由德国搞出来的#第一个这种钎焊烙铁!-#-年就在这里取得专利#以后大量装置被革新!其主要目的都是消除普通钎焊工序中的钎剂# !-))年铝球和管接头采用超声波钎焊法首次获得成功!当时用-&X>"&9!钎料预钎焊部件!钎料在组件中产生了再流动#在过去的年代里!曾被认为最适合于铝的4M(X>合金钎料只取得了有限的成功#到!-)-年!人们对一种新钎焊方法很感兴趣!这种方法可采用预钎焊"再流动制成管片状铝空气调节器盘管组件#!-%!年!再流动工艺被证实是切实可行的!单次浸入法制造盘管组件很有希望!被认为是一种合适的生产工艺# #$利用超声波能置清除氧化膜象铝这种金属表面上的一层氧化膜可以用超声波能量消除#所用电源振荡器能产生频率!&至&.Y/0的电脉冲%电流$#))!1).将电脉冲转换为机械运动是依靠两种基本类型的换能器!磁致伸缩型"铁#镍$和压电型"铅#锆酸盐#钛酸盐$%希望换能器具备的性能是可靠&频率稳定&功率输出稳定&环境耐力和维修方便%上述两种将电能改变为机械能的手段都已被采用’将在以后的一节中讨论%用最简单的术语来解释’一种固体电子电源产生高频电流’并与换能器接通%换能器将电能变换为机械能’通过一个旋转的固体金属部件"叫做(喇叭状柄)或(扩大棒)$’进入熔融的钎料中%合成振动会在液体中产生大量的孔穴%这种现象称为空穴效应%如果将一块铝浸入液体钎料中’则空穴的破裂会产生一种腐蚀作用’称为金属表面的空穴腐蚀%腐蚀作用消除了铝的氧化膜并使熔融钎料润湿铝%在实践中’超声波振动由换能器传到工件的方式如下’适当长度的(扩大棒)"连接换能器和钎焊端头的金属棒$固定在换能器上’使最大扰动出现在自由端上%扩大棒的自由端形成的钎焊端头浸入与被钎焊表面接触的熔融钎料小池中%当扩大棒跨越铝表面运动时’超声波振动将表面上的氧化物破碎’露暴出底层金属使它与熔融钎料作用%如果扩大棒的端头用作钎焊罐的底’则超声波振动将透过熔融钎料池’而浸入池中物体的表面将遭受空穴腐蚀%在大面积上引起空穴作用要求高功率’因此商业用的超声波钎焊池尺寸相当小%一种商业用的钎焊池的尺寸为(_#)_$@>"1.#_-.._!.1<<$%超声波钎焊装置产生的力也倾向于促进液态金属的渗透’除非加以注意’否则空穴作用会腐蚀钎焊端头或容器的侧壁%已经研制了测定超声波钎料池中超声波效应的设备%测定结果表明’超声波效应在极大程度上取决于发射超声波扩大棒的长度&钎料的化学成分以及发射扩大棒和接收扩大棒之间的距离%还有’这种效应与钎料池的温度无关%当扩大棒长度固定在&’&@>"!#-<<$时获得最大效应%如果扩大棒长度增加或减少’则输出效应降低%传送给钎料池的超声波的分量取决于钎料的化学成分%因此所测定的超声波效应取决于钎料成分%当发射和接收扩大棒之间距离增加时’钎料中测得的超声波效应迅速降低%在超声波设备工作过程中’扩大棒端头逐渐腐蚀和输出降低%根据钎料池效应的测定’可在扩大棒产生不合格接头之前将其报废’从而取得更好的工艺控制%超声波钎焊可以保证涂层获得!..A的均匀性%如果在不使用超声波能的情况下’将一条铜带浸入钎料中数秒钟’带上只有很少或者看不到钎料涂层%如果在使用超声波能情况下将铜带浸入’只需浸几秒钟就可在铜上生成一层光亮的&厚度均匀的钎料涂层%在显微镜下观察这两条铜带’可以看到!"在没有接收任何超声波能的铜带上’只有一些极小的钎料珠’用肉眼无法看清%表面大部分仍旧被常见的氧化物和尘土所覆盖%#!在接收了超声波能的铜带上’钎料涂层厚而平滑’光亮如镜’覆盖率!..A%没有针孔和保留氧化物或污物的区域%二!早期发展最初的发展工作是用平钎焊头和小型手工操作装置进行的%平钎焊头的尺寸为.’#%&_!’&@>"-’&_#(’!<<$到.’&_)@>"!1’%_!&1<<$%这些设备用于大面积的迅速挂**#!.)。
超声波焊

超声波焊是一种快捷,干净,有效的装配工艺,用来装配处理热塑性朔料配件,及一些合成构件的方法。
目前被运用的朔胶制品与之间的粘结,朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结!它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术!超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果一、超声波的优点:1,节能2,无需装备散烟散热的通风装置3,成本低,效率高4,容易实现自动化生产!目前工厂常用的超声波焊接机二、超声波焊接机的工作原理!超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能,供应给转换器。
转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能,调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。
焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置!!振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化,振动会在熔融状态物质到达其介面时停止,短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键,整个周期通常是不到一秒种便完成,但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!三、超声波焊接的应用领域目前被运用的朔胶制品与之间的粘结,朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结!四、超声波焊接的工艺焊接:指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。
当超音停止振动时,固体材料熔化,完成焊接。
其接合点强度接近一整块的连生材料,只要产品的接合面设计得匹配,完全密封是绝对没有什么问题的,碟合:熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。
嵌入:将一个金属元件嵌入塑料产品的预留孔内。
具有强度高,成型周期短安装快速的优点!!类似于模具设计中的嵌件!弯曲/生成音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。
这种方式的优势在于处理的快速,较小的内压,良好的外观及对材料本性的克服。
点悍点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。
超声波焊接工艺特点
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超声波焊接的焊点,应有高的接合强度和合格的表面质量,除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外,还应注意与上声极接触处的焊点表面情况,不允许有裂纹和局部未熔合,因此,超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。
一、超声波焊接特点1) 可焊接的材料范围广,可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料(如金、银、铜、铝等)和一些难熔金属的焊接,也可用于性能相差悬殊的异种金属材料(如导热、硬度、熔点等)、金属与非金属、塑料等材料的焊接,还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。
2) 焊件不通电,不需要外加热源,接头中不出现宏观的气孔等缺陷,不生成脆性金属间化合物,不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。
3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化,其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高,且稳定性好。
4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小,焊前对焊件表面准备工作比较简单。
5) 形成接头所需电能少,仅为电阻焊的5%;焊件变形小。
6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂,具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。
超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制,因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚,接头形式只能采用搭接接头,对接接头还无法应用。
二、超声波焊接的分类超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向,超声波焊接的基本类型可以分为两类:一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦,这种方法适用于金属材料的焊接;另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件,主要是用于塑料的焊接。
常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊;近年来,双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。
(1)点焊点焊是应用最广的一种焊接形式,根据振动能量的传递方式,可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。
振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。
超音波焊接法
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超音波焊接法
超音波焊接法是利用超声波能量,在接触面上形成高频振动,促进材料微观结构的变化,使两个材料通过摩擦加热和塑性变形,产生强烈的互相扰动力,并在一定时间内施加极高的压力,使两种材料粘合在一起的一种焊接方法。
超音波焊接具有以下特点:
1.速度快,焊接时间短,对生产速度的提高有积极意义;
2.焊接质量高,不易出现气孔、夹杂、虚焊等缺陷;
3.焊接时不使用外界填料,避免了杂质的产生;
4.能实现自动化生产,减少人力劳动;
5.为无污染绿色加工技术。
新能源线束超声焊接
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新能源线束超声焊接
新能源线束超声焊接是一种采用超声波震动来产生热能的焊接技术,主要用于在汽车、电子、电力等行业中焊接新能源线束。
其原理是利用超声波的高频振动,将焊接面产生的热量传递给焊接材料,使其瞬间熔化并连接在一起。
新能源线束超声焊接具有以下优点:
1. 焊接速度快:超声波的高频振动可以在短时间内产生高温,使焊接材料快速熔化,从而实现快速焊接。
2. 焊接质量高:超声波焊接能够实现无气孔、无烧伤、无翘曲等优良的焊接质量,确保焊接接头的可靠性和稳定性。
3. 焊接效率高:新能源线束超声焊接可同时焊接多个接头,提高生产效率。
4. 环保节能:超声波焊接无需使用焊接剂,减少了有害气体的排放,降低了能源消耗。
总的来说,新能源线束超声焊接是一种高效、高质量、环保节能的焊接技术,对于新能源产业的发展具有重要意义。
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超声波线束焊接工艺优势
发表时间:2019-03-12T10:25:00.360Z 来源:《基层建设》2018年第36期作者:陈钰
[导读] 摘要:随着科学技术的发展,我国的超声波线束焊接技术有了很大进展。
徐州徐工汽车制造有限公司江苏省徐州市 221100
摘要:随着科学技术的发展,我国的超声波线束焊接技术有了很大进展。
在众多线束中,尤以铜质材料的线束应用最为广泛。
由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里,所以为了便于能量和控制信号的传播,这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。
超声波线束焊接作为一种线束之间的连接方式,以其独特的优点逐渐在那些对高质量电气结合性能的金属线束相关行业成为主流。
关键词:超声波焊接;发展状况;发展趋势
引言
超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的接合。
无论是超声波塑料焊接还是超声波金属焊接,基本原理都大致相同,但是由于金属材料与塑料的差异,超声波金属焊接要求有更高的精度以及更高的功率容量和低的阻抗,因此对超声波发生器和换能器等组件的要求更加严苛,正是这些要求,使得早期用于焊接塑料的超声波焊接装置和技术不能胜任金属材料的焊接。
1概述
①超声波:一种高于人类听力上限的声波。
由于它可以产生高频率的振动,使得我们可以利用它来进行非铁金属焊接。
②线束:线束是为一定的负载源提供电力或者信号的载体,其在设备内部就像血管和神经网络一样分布广泛,传输能量和控制信号。
所以线束广泛应用于汽车、工程机械设备、农用设备、轮船、航空航天设备、家用电器等行业。
而在众多线束中,尤以铜质材料的线束应用最为广泛。
由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里,所以为了便于能量和控制信号的传播,这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。
2超声波金属焊接原理
超声波金属焊接是在19世纪30年代偶然发现的。
当时在做电流点焊电极加超声振动试验时,发现不通电流也能焊接上,因而发展了超声金属冷焊技术。
超声波焊接虽然发现较早,但是到目前为止,其作用机理还不是很清楚。
它类似于摩擦焊,但有区别,超声波焊接时间很短,局部焊接区温度低于金属的再结晶温度;它与压力焊也不相同,因为所加的静压力比压力焊小得多。
一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动除去金属表面的氧化物,并使粗糙表面的突出部分产生反复的微焊、变形和破坏而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件的界面处产生塑性变形。
在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。
目前较为公认的一种对超声波金属焊接原理的解释为:焊接金属材料时,由超声波发生器产生超生频率振动电流,再由换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械振动能,并通过声学系统向焊件输入。
两被焊工件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下,通过摩擦、温升和变形,使氧化膜或其他表面附着物被破坏,并使纯净界面之间金属原子无限接近,产生结合与扩散,实现可靠连接。
3传统与现代的工艺区别
传统的电阻焊接方式在焊接时向线束输送大电流,导致线束金属温度急剧升高,直至熔融状态,从而破坏了金属固有的原子排列结构,导致焊接点的电阻显著升高,在电气传输过程中这个焊接点的电压降明显增大,不利于能量和信号的传输。
同时也会导致焊接点的金属被氧化,从而使得焊接点容易发生脆性断裂。
超声波线束焊接则是通过焊头将超声频率(超过人耳所能听到的声音频率)的机械振动能量施加在金属线束上,同时在金属线束上施加一定的压力,从而使得金属材质在一定的温升下产生原子之间的相互渗透和扩散,最终形成稳定的结合层实现线束之间的结合。
而且超声波焊接的温升很有限,远远没有达到金属的熔点,所有金属固有的原子排列结构没有被破坏,焊接点保持金属导体特性,电阻基本没有变化,电压降小到可以忽略不计。
同时因为金属固有的原子排列结构没有被破坏,金属线束的机械强度也就没有任何损失。
同时超声波线束焊接相比传统的电阻焊接,由于不需要通过大电流促使金属温升到熔融状态,焊接时间大大缩短(一秒以内),焊接效率显著提升,焊接过程既快速又节能。
4超声波焊接对导线摆放操作要求
在进行超声波焊接时,需要设置有关参数,比如:导线截面积、导线对齐方式、压强、焊接间距、振幅、宽度、压力、能量等。
焊接过程中,导线应垂直重叠排列,并且大截面线应在下面靠近焊接工具头,以使焊接充分;导体应紧靠铁砧面放置,彼此紧贴在一起,以使焊接后有足够的坚固性;导体重叠的长度一般设置成13~15mm,重叠长度太短焊接强度不易保证,重叠长度太长焊接端头易形成翘起,对下道工序操作不便。
焊接处表面不允许出现氧化、断丝、缺损和绝缘层熔化现象。
5关键的耗材问题
另外一种传统的线束连接方式是采用U型连接端子的冷冲压接,其需要根据节点线径总和选择尺寸合适的U型端子和压接设备,每个尺寸的U型端子都要定制专门的压接模具和钳口,通过冲压的方式将线束借助U型端子连接在一起。
U型连接端子的冷冲压接在焊接点只是不同线束压接在一起,没有原子之间的渗透和扩散,所以焊接点电阻比较大,电压降比较显著。
而它的冷冲压接的监控只有压力一个参数,压接品质不易控制。
相反,超声波线束焊接不需要任何耗材(如U型端子)和定制不同尺寸的模具和钳口,焊接成本大大降低。
同时在焊接过程中,通过监控超声波焊接能量、时间、振幅和压力可以在线监控焊接品质,确保焊接品质的一致性。
6制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素
(1)换能器功率:换能器是超声波焊接设备的核心部件,金属超声波焊接要求换能器有大的功率容量、长时间的小衰减。
国内大部分公司的20KHz换能器往往只能承受约1500W的负载,这和国际上领先制造商的同类产品能达到5000W还存在很大的差距,国内也尚未有见到掌握大功率超声波换能器的推-挽技术的报道。
(2)超声波发生器:稳定的超声波发生器的要求必须具有频率自动跟踪功能,这样可以保证换能器系统能够始终工作在谐振状态,即达到焊头振幅的最大化。
国内很多公司采用的是自激式的全桥或半桥电路,不具备频率自动跟踪的功能。
这样造成的问题是当电感及电容的参数确定时,发生器的谐振频率就是个定值,不会随着温度或负载的变化而变化,而焊头及换能器的频率会随着温度及负载的变化而产生偏移,这样,焊头的振幅就会随着频率的偏移而大幅下降,这直接会导致焊接参数的变化,影响焊接稳定性。
(3)焊头材料的性能:超声波金属焊接要求有高度耐磨的焊头,这样就要求焊头材料具有高硬度的性质,而超声波焊接技术本
身要求焊头材料要有较好的韧性,这就造成了焊头材料选择上的矛盾。
由于这些技术上的限制,目前国内大部分公司的焊头还无法和欧美同类产品所使用的焊头相媲美。
结语
超声波金属焊接技术是在超声波塑料焊接技术之上发展起来的,但由于关键技术还存在一些问题,远没有像超声波塑料焊接技术那样获得广泛的应用,目前超声波金属焊接主要应用于汽车、制冷、太阳能、电池、电子等几个领域。
但是超声波金属焊接技术在金属层状复合材料制造领域的应用在我国还是一项空白,随着我国超声波金属焊接技术的发展和关键技术的突破,我们相信超声波金属焊接在金属层状复合材料制造领域以及金属快速增材制造领域将获得推广应用。
参考文献
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