特种焊接技术第六单元

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1、第六单元超声波焊6.1超声波焊概述6.2超声波焊的工艺设备6.3典型材料的超声波焊综合知识模块6.1超声波焊概述超声波焊接（ultrasonicwelding，USW)是两焊件在压力作用下，利用超声波的高频振荡，使焊件接触表面产生强烈的摩擦作用，以清除表面氧化物并加热焊件而实现焊接的一种固态焊接方法。6.1超声波焊概述6.1.1超声波焊基本原理6.1.2超声波焊的种类6.1.3超声波的特点及应用6.1.1超声波焊基本原理一、基本原理二、接头形成过程一、基本原理二、接头形成过程1．振动摩擦阶段2．温度升高阶

2、段3．固相接合阶段6.1.2超声波焊的种类根据超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊可分成两类：一类是振动能由切向传递到焊件表面而使焊接界面之间产生相对摩擦。超声波焊接的接头必须是搭接接头，根据接头焊缝的形式，金属超声波焊可分为点焊、缝焊、环焊和线焊等几种类型。1.点焊焊接时焊件在圆柱状的上下声极压紧下实施焊接的，每次完成一个焊点。按能量传递方式分，点焊可分为单侧式和双侧式。按振动系统分，点焊可采用纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。2.环焊用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递

3、采用的是扭转振动系统。3．缝焊焊件夹持在圆盘状上、下声极之间，连续焊接获得局部相互重叠的焊点，从而形成一条连续焊缝。根据圆盘状声极的振动状态，超声波缝焊可分为纵向振动、弯曲振动和扭转振动三种形式。4．线焊线焊是利用线状上声极或将多个点焊声极叠合在一起，在一个焊接循环内形成一条直线焊缝，也可以看成是点焊的一种延伸。6.1.3超声波的特点及应用一、超声波焊的特点二、超声波焊的应用范围一、超声波焊的特点1．可焊材料范围广2．特别适用于金属箔片、细丝以及微型器件的焊接3．焊件不熔化，焊接温度相对较低，焊件变形小4

4、．被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小5．与电阻点焊比较，耗电功率小6．操作简便、焊接速度快、生产效率高等优点二、超声波焊的应用范围1．电子工业2．电器工业3．包装工业4．航空航天及核能工业5．塑料工业6．其他应用6.2超声波焊的工艺设备6.2.1超声波焊的工艺6.2.2超声波焊设备6.2.1超声波焊的工艺一、接头设计二、焊件表面准备三、上声极的选用四、焊接参数的选择一、接头设计1．边距e2．点距s3．行距r二、焊件表面准备超声波焊时，对焊件表面不需进行严格清理，因为超声振动本身对焊件表面层有破碎清

5、理作用。焊件表面被严重氧化或已有锈蚀层，焊前仍需清理，通常采用机械磨削或化学腐蚀方法清除。三、上声极的选用上声极所用的材料、端面形状和表面状况等会影响到焊点的强度和稳定性。焊接铝、铜、银等较软金属的声极材料较多采用高速钢、滚珠轴承钢；焊接钛、锆、高强度钢及耐磨合金常采用沉淀硬化型镍基超级合金等作为上声极。四、焊接参数的选择1.焊接功率2.振动频率3．振幅4.静压力5.焊接时间焊接时间是指超声波能量输入焊件的时间。焊接时间的选择随材料性质、厚度及其他焊接参数而定，高功率和短时间的焊接效果通常优于低功率和较长

6、时间的焊接效果。上述几个焊接参数之间并不是孤立的，而是相互影响、相互关联，应统筹考虑。6.2.2超声波焊设备一、超声波焊接设备的组成二、部分国产超声波点焊机的型号及技术参数一、超声波焊接设备的组成1．超声波发生器超声波发生器是用来将工频（50Hz）电流变换成15～60kHz的振荡电流，并通过输出变压器与换能器相匹配。超声波发生器必须与声学系统相匹配才能使系统处于最佳状态，获得高效率的输出功率。2．声学系统声学系统由换能器、聚能器、耦合杆和声极组成。1）换能器2）聚能器3）耦合杆4）声极3.加压机构向焊接部

7、位施加静压力的加压机构主要有液压、气压、电磁加压和自重加压等。大功率超声波焊机多采用液压方式，冲击力小；小功率超声波焊机多用电磁加压或自重加压方式，这种方式可以匹配较快的控制程序。4.程序控制器二、部分国产超声波点焊机的型号及技术参数6.3典型材料的超声波焊超声波焊属于固相焊接，目前主要用于小型薄件的焊接，焊接质量可靠，经济性较好。超声波焊不仅可以焊接铝、铜、金等较软的金属材料，也可用于钢铁材料、钨、钛、钼等金属的焊接，物理性质相差悬殊的异种金属，甚至金属与半导体、金属与陶瓷等非金属以及塑料等异种材料均可

8、以采用超声波焊。6.3典型材料的超声波焊6.3.1同种材料的超声波焊6.3.2异种材料的超声波焊6.3.1同种材料的超声波焊超声波焊接金属材料时，最常用的方法是点焊。超声波焊接易于实现同种金属材料的可靠连接。利用超声波焊接不同厚度的组合焊件时，超声振动应从比较薄的焊件一方导入，焊接参数也是根据薄焊件的厚度来确定。6.3.1同种材料的超声波焊一、同种金属材料的焊接二、塑料的超声波焊一、同种金属材料的焊接1．铝及铝合金的焊接2．铜