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超聲波金屬焊接工藝

2021-12-24 17:47
超聲波金屬焊接是一種快捷、干凈、有效的裝配工藝，用來焊接同種金屬或異種金屬的搭接焊方法。超聲波金屬焊接相比其他傳統(tǒng)工藝，如電阻焊、電燙合或螺絲緊固等，具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量好、環(huán)保又節(jié)能等顯著優(yōu)點(diǎn)，目前，超聲波焊接己廣泛應(yīng)用于電子、汽車、通信器材、家電、包裝、環(huán)保、醫(yī)療器械、等行業(yè)。

1超聲波金屬焊接工藝的特點(diǎn)


1.1 超聲波金屬焊接機(jī)可進(jìn)行點(diǎn)焊、連續(xù)焊,焊接速度快
在應(yīng)用范圍方面,其有個(gè)不可替代的優(yōu)點(diǎn)：①能進(jìn)行不同種類金屬材料之間的焊接。即使物理性能相差懸殊,也能很好焊接。②可進(jìn)行其他方法無法奏效的金屬箔片（可薄至0.006mm）、細(xì)絲、微小的器件及厚薄懸殊、多層金屬片的焊接。

1.2 超聲焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高
據(jù)報(bào)道,超聲焊縫的強(qiáng)度比接觸焊高15%~25%,且其穩(wěn)定性好,具有高抗疲勞強(qiáng)度特征。我們的焊接實(shí)驗(yàn)也表明,經(jīng)成功焊接的2個(gè)金屬片不會(huì)分離,強(qiáng)制分離的結(jié)果是與焊點(diǎn)交界處的未被焊接的材料被撕裂。與其他焊接相比,因其對(duì)焊接件產(chǎn)生的高溫是局部、短時(shí)的,焊接件總體溫度低,焊接過程無需水冷,被焊工件的變形很小,焊接完成后工件無須進(jìn)行退火等處理。超聲波焊接自身包含著對(duì)焊接件表面氧化層的破碎清理作用,焊面清潔美觀,無需像其他焊接那樣進(jìn)行焊后清理。

2超聲波金屬焊接工藝的原理和應(yīng)用


2.1超聲波金屬焊接原理
超聲波焊接是利用超聲波頻率(超過20KHz)的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等材料的特殊焊接方法。超聲波換能器把具有一定功率的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的聲能，再經(jīng)過聚能器對(duì)超聲波進(jìn)行高度聚焦，使超聲波能量變得更加強(qiáng)大，聚焦后的強(qiáng)大超聲波施加到被焊接的金屬片的介面，其物理效應(yīng)在此發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，進(jìn)而瞬間激活金屬晶格中的粒子，使金屬片相合處的分子相互滲透而牢固地焊接在一起。由于超聲波焊接不存在熱傳導(dǎo)與電阻率問題，因此，對(duì)于不同厚度的有色金屬箔，片，帶材都能有效地進(jìn)行理想的焊接，尤其是對(duì)最難焊接的鋁及其合金材料的焊接質(zhì)量，更能突出其無可比擬的優(yōu)越性能。

2.2超聲波金屬焊接的應(yīng)用
目前超聲波金屬焊接主要有四個(gè)方面的應(yīng)用：點(diǎn)焊、滾焊、線束和封管，廣泛應(yīng)用于：汽車、制冷、太陽能、電池、電子等各個(gè)領(lǐng)域。目前超聲波金屬焊接的具體應(yīng)用主要有：①動(dòng)力電池多層正、負(fù)極焊接；鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片焊接；②鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片焊接；鋁箔與鋁片焊接；鋁片與鎳片焊接；⑨汽車線束；電線成型；電線互焊；多條電線互焊成線結(jié)；銅、鋁線轉(zhuǎn)換電線、電纜與各種電子元件、接點(diǎn)、連接器、端子焊接；④太陽能電池、平板太陽能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊，銅、鋁板拼接；⑤電磁開關(guān)、無熔絲開關(guān)等大電流接點(diǎn)、觸點(diǎn)、異種金屬片的焊接；⑥冰箱、空調(diào)等行業(yè)銅管封尾；真空器件銅、鋁管焊接等。

2.3影響超聲波金屬焊接質(zhì)量的主要因素


(1)振幅：振幅對(duì)于需要焊接的材料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，不同的換能器輸出的振幅也不同，同一換能器也可以通過配置不同的變幅桿及焊頭來改變焊頭的工作振幅，以滿足對(duì)不同材料的焊接要求通常的換能器的輸出振幅為5-20µm，而工作振幅一般為10～30µm左右，工作振幅同換能器輸出振幅、變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)。

(2)網(wǎng)紋：超聲波金屬焊接通常會(huì)在焊接位表面，底座表面設(shè)計(jì)網(wǎng)紋，網(wǎng)紋設(shè)計(jì)的目地在于防止金屬件的滑動(dòng)，盡可能將能量傳遞到焊接位。網(wǎng)紋設(shè)計(jì)一般有方形、菱形、條形網(wǎng)紋，網(wǎng)紋的大小與深淺根據(jù)具體的焊接材料要求來確定。

(3)電源：金屬焊接裝置使用的超聲波電源和供塑料焊接裝置使用的超聲波電源沒有很大的區(qū)別。特殊性在于焊接金屬具有更高的要求，為了滿足金屬焊接的需要，必需使用智能化的超聲波電源一超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。在焊接過程中負(fù)載變化及溫升發(fā)生變化會(huì)引起振動(dòng)系統(tǒng)諧振頻率的改變，因此，要求超聲波發(fā)生器要跟蹤振動(dòng)系統(tǒng)的頻率。使發(fā)生器和振動(dòng)系統(tǒng)之間一直處于諧振狀態(tài)，頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能夠補(bǔ)償在焊接過程中出現(xiàn)的工作狀態(tài)改變，使系統(tǒng)重新處于諧振狀態(tài)并保證焊接參數(shù)的穩(wěn)定，重點(diǎn)是振幅的穩(wěn)定，這對(duì)于金屬焊接具有非常重要的意義。

(4)換能器：供金屬超聲波焊接裝置使用的換能器和供塑料超聲波焊接裝置使用的換能器沒有很大的區(qū)別，特殊性在于焊接金屬材料具有更高的質(zhì)量要求，因?yàn)樵诤附咏饘俨牧蠒r(shí)往往需要很大的瞬間功率，要求換能器有高的功率容量和低的阻抗，因此用于塑料超聲波焊接裝置的小功率換能器不能用于金屬的超聲波焊接。

作為一種特殊的有個(gè)性的連接手段，超聲波金屬焊接工藝必將會(huì)在蓬勃發(fā)展的電子工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。