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與超聲波金屬焊接效果有關(guān)的關(guān)鍵工藝參數(shù)

2022-01-03 09:19
在超聲波金屬焊接過程中，通過對(duì)焊接連接件的加工效果觀察，拉力測試實(shí)驗(yàn)以及樣品的微觀組織分析等一系列的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。焊接過程中，加工工藝參數(shù)間的關(guān)系直接影響著焊接效果，其中主要的加工工藝參數(shù)有加工壓力、焊接振幅、諧振頻率、輸出功率、加工時(shí)間以及焊接能量等，其他非關(guān)鍵參數(shù)有延遲時(shí)間、冷卻時(shí)間等。

在焊接過程中，超聲波金屬焊接壓力使連接件被壓緊并實(shí)現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，壓力的大小直接影響著超聲發(fā)生器的輸出功率以及焊接連接件間的加工效果。超聲波金屬焊接壓力的選取需要取決于焊件的材料、厚度、層數(shù)以及加工面積等。當(dāng)加工壓力值太小時(shí)，大部分的能量消耗在工具頭的上聲極與焊接件之間，使加工的焊接點(diǎn)不牢固，無法形成有效連接。當(dāng)加工壓力太大時(shí)，工具頭會(huì)將連接件的表面給壓潰，影響焊點(diǎn)加工質(zhì)量，會(huì)出現(xiàn)斷裂穿孔現(xiàn)象。

超聲波金屬焊接的振幅直接影響著超聲發(fā)生器功率的輸出，振動(dòng)的瞬時(shí)速率會(huì)直接影響產(chǎn)生的摩擦功大小、金屬的塑性流動(dòng)性以及塑性變形情況等。與焊接壓力一樣，振幅值的選取取決于焊接連接件的材料、厚度、層數(shù)以及加工面積等多方面因素，不同焊件對(duì)于振幅參數(shù)大小的需求不同。

諧振頻率是由超聲振子的特性以及加工過程中負(fù)載的變化所共同決定，它是最直接影響到電源的能量輸出效果，所以在加工過程中諧振頻率的實(shí)時(shí)跟蹤準(zhǔn)確性是決定超聲波金屬焊接電源品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)之一。由于超聲振子的特性影響，在一定的諧振頻率范圍內(nèi)超聲振子的振動(dòng)效果是最好的，當(dāng)有負(fù)載變化時(shí)頻率也會(huì)隨之變化。在大量的加工實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，超聲波金屬焊接的諧振頻率范圍區(qū)間很大，存在于16~80KHz之間。
能量是由超聲電源輸出的功率以及加工的時(shí)間所共同決定。焊接能量是影響焊接效果的一個(gè)較為易量化的工藝參數(shù)，當(dāng)焊接能量小于材料所需要的能量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊接連接件的焊點(diǎn)強(qiáng)度不足，無法緊密的連接在一起。而當(dāng)輸入的能量大于材料所需的能量時(shí)，焊件會(huì)出現(xiàn)焊穿或焊裂等現(xiàn)象。

超聲金屬焊接過程中，由于實(shí)際加工的時(shí)間非常短暫，這使得對(duì)于超聲電源的性能有很高的要求。其中，延遲時(shí)間的作用就是減少焊接機(jī)空載時(shí)輸出的能量，其定義的是加工過程工具頭開始下降到接觸焊接件的這一段時(shí)間。通過這一參數(shù)的設(shè)置，可以減少電源空載的工作時(shí)間，進(jìn)而避免了不必要的能量消耗。

在加工結(jié)束后，若直接抬起工具頭會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)的位置與工具頭發(fā)生粘連，進(jìn)而拉扯到連接部位，最終影響連接效果。因此，在研制超聲波金屬焊接機(jī)時(shí)，添加冷卻時(shí)間的功能，可以使加工結(jié)束后完畢后，工具頭繼續(xù)保壓焊件一段時(shí)間，避免了焊件拉扯現(xiàn)象是連接部位受到損壞。