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超聲波金屬焊接原理及其常見(jiàn)應(yīng)用

2021-04-09 16:30
作為繼超聲波塑料焊接之后又一新興的超聲波焊接方法-超聲波金屬焊接技術(shù)，在同種、異種金屬的焊接方面有著其他焊接方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。超聲波金屬焊接不需要焊劑和外加熱源，不因?yàn)槭軣岫冃?，沒(méi)有殘余應(yīng)力，對(duì)焊件表面的焊前處理要求不高。不但可以焊接同類(lèi)金屬，對(duì)異類(lèi)金屬也能夠完成較高的焊接要求，并且可以將薄片或細(xì)絲焊接在厚板上。超聲波焊接良導(dǎo)電體所消耗的能量比電流焊接少得多，超聲波邦定作為超聲波金屬焊接的一種小功率應(yīng)用，常用于晶體管或集成電路引線的焊接。用于藥物和易爆材料的密封焊時(shí)，能避免一般的焊接方式因有溶解物等造成對(duì)藥品的污染，不會(huì)因受熱或產(chǎn)生火花而引發(fā)爆炸。 超聲波金屬焊接有著快速、節(jié)能、接合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無(wú)火花、固態(tài)加工等諸多優(yōu)點(diǎn)。

超聲波金屬焊接是在19 世紀(jì) 30 年代偶然發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)在做電流點(diǎn)焊電極加超聲振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)不通電流也能焊接上，因而發(fā)展了超聲金屬冷焊技術(shù)。

超聲波金屬焊接原理：
超聲波金屬焊接過(guò)程主要為待焊工件的界面之間在焊接壓力作用下發(fā)生高頻率的機(jī)械振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生剪切力，并且在摩擦過(guò)程中產(chǎn)熱，引發(fā)塑性變形，從而使工件達(dá)到固相連接的狀態(tài) 。 超聲波金屬焊接原理如圖1所示 。 超聲波發(fā)生器將 50Hz的工頻電流轉(zhuǎn)變?yōu)?6～80 kHz的諧振電流，通過(guò)逆壓電效應(yīng)將諧振電流傳遞給超聲波換能器，轉(zhuǎn)換成彈性的機(jī)械能，再通過(guò)變幅桿將振幅放大，最終將彈性振動(dòng)能量由上聲極傳遞給工件。聲學(xué)系統(tǒng)即為換能器、變幅桿、上聲極和夾持機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的整體。在系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，發(fā)生器中的震蕩電流頻率與聲學(xué)系統(tǒng)的自振頻率一致，整個(gè)系 統(tǒng)處于諧振狀態(tài)。在對(duì)工件施加壓力的同時(shí)也傳遞彈性振動(dòng)能量，最終轉(zhuǎn)化為上下工件之間的摩擦功、變形能和熱能，可以使其在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到焊接狀態(tài) 。
超聲波金屬焊接原理
超聲波金屬焊接優(yōu)點(diǎn)：
超聲波金屬焊接是一項(xiàng)全新的技術(shù)，對(duì)其研究和應(yīng)用還處于發(fā)展階段，但毋庸置疑的是，它在很多方面都優(yōu)越于傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面 。
1，壓力小、能耗低
超聲波金屬焊接不同于傳統(tǒng)焊接的最大優(yōu)點(diǎn)是其壓力小且能耗 低，這在很大程度上節(jié)約了能量成本，并且其還能將不同種類(lèi)的金屬 材料焊接在一起，突破了原本受技術(shù)限制而不能實(shí)現(xiàn)異種金屬焊接的瓶頸 。 另外，在金屬零件快速成形的過(guò)程中，其可以埋入一些功能器件來(lái)實(shí)現(xiàn)智能金屬基復(fù)合材料，這是傳統(tǒng)焊接技術(shù)所不能達(dá)到的 。
2，速度快、穩(wěn)定性高
超聲波金屬焊接可以通過(guò)使用點(diǎn)焊和連續(xù)焊，來(lái)保證焊接速度的 提升，它不但能將不同物理性能的材料焊接完好，還能應(yīng)用于其他技 術(shù)不能達(dá)到的厚薄相差懸殊以及多層金屬片之間的焊接 。 由于其焊點(diǎn) 強(qiáng)度非常高，導(dǎo)致其具有很好的穩(wěn)定性。
3 ，程序簡(jiǎn)便、精度高
超聲波金屬焊接技術(shù)在焊接過(guò)程中只需簡(jiǎn)潔的程序就能保障焊接成品的質(zhì)量，其程序的簡(jiǎn)便之處體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，無(wú)需采用水冷和氣體的保護(hù)，省去了對(duì)焊接成品的退熱處理過(guò)程；其次，不用焊條，焊接的金屬不被直接加熱，減少能源損耗，避免加熱的麻煩；最后，不需要添加焊劑，省去后期對(duì)成品的清潔處理以及環(huán)保處理 。 超聲波金屬焊接還使用了一種功率電子線路，能夠通過(guò)電氣控制達(dá)到高密度的焊接。

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(chē)、制冷、太陽(yáng)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 ；
3、汽車(chē)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(yáng)能電池、平板太陽(yáng)能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊、銅、鋁板拼接；
5、電磁開(kāi)關(guān)、無(wú)熔絲開(kāi)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 。

超聲波金屬焊接是一種新興的特種加工技術(shù)，它在很多方面都優(yōu)越于傳統(tǒng)焊接技術(shù)，并且在各領(lǐng)域內(nèi)都有著廣泛的應(yīng)用。這種先進(jìn)的焊接技術(shù)不僅是科技進(jìn)步的重要體現(xiàn)，同時(shí)也為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn) 。