特种焊接技术超声波焊复习过程.ppt

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1、特种焊接技术超声波焊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、基本原理超声波焊原理示意图1-发生器2-换能器3-聚能器4-耦合杆5-上声极6-焊件7-下声极A-振幅分布I-超声波振荡电流F-静压力V1-纵向振动方向V2-弯曲振动方向15~60kHz利用逆压电效应将电磁能转换成弹性机械振动能用来放大振幅并耦合负载超声波焊接中能量转换与传递过程示意图二、接头形成过程1.振动摩擦阶段超声波焊初期,由于上声极的超声振动,使其与

2、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。二、接头形成过程2.温度升高阶段接触表面温度升高,当焊合区的温度约为金属熔点的35%~50%时,变形抗力下降;在静压力和弹性机械振动引起的交变切应力的共同作用下,焊件间接触表面的塑性流动不断进行;使已被破碎的氧化膜继续分散甚至深入到被焊材料内部,促使纯金属表面的原子无限接近到原子能发生引力作用的范围内,出现原子扩散及相互结合,形成

3、共同的晶粒或出现再结晶现象。二、接头形成过程3.固相接合阶段随着摩擦过程的进行,微观接触面积越来越大,接触部分的塑性变形也不断增加,焊接区内甚至形成涡流状的塑性流动层,导致焊件表面之间的机械咬合;引起了物理冶金反应,在结合面上产生联生晶粒,出现再结晶、扩散、相变及金属间的键合等冶金现象,形成牢固的接头。超声波焊点区的涡流状塑性流动层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,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用于金属材料的焊接;另一类是振动能由垂直于焊件表面的方向传入焊件,

4、主要用于塑料的焊接。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。超声波焊的两种类型a)切向传递b)垂直传递V-振动方向F-静压力1-聚能器2-上声极3-焊件4-下声极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。超声波点焊示意图1-静压力2-上声极3-焊件4-下声极V-振动方向2.环焊用于一次成形的封闭形焊缝,能量传

5、递采用的是扭转振动系统。焊缝一般是圆环形的,也可以是正方形、矩形或椭圆形的。上声极的表面按所需要的焊缝形状制成。超声波环焊示意图1-换能器2、3-聚能器4-耦合杆5-上声极6-焊件7-下声极F-静压力V-振动方向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。超声波线焊示意图1-换能器2-

6、聚能器3-焊接声极头(长125mm)4-心轴V-振动方向F-静压力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.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、生产效率高等优点可以焊接厚薄相差悬殊焊件7.目前仅限于焊接丝、箔、片等细薄件,且只限于搭接接头形式。8.焊点表面容易因高频机械振动而引起边缘的疲劳破坏,对焊接硬而脆的材料不

7、利。9.缺乏精确的无损检测方法和设备,因此超声波焊接质量目前难以进行在线准确检验,在实际生产中还难以实现大批量机械化生产。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理作用。焊件表面被

8、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

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