壓焊方法及設(shè)備第十一章超聲波焊

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1、第11章　超聲波焊11.1超聲波焊基本原理及接頭形成11.1.1焊接原理11.1.2接頭形成機(jī)理11.2超聲波焊接工藝11.2.1工藝特點(diǎn)11.2.2超聲波焊接頭設(shè)計(jì)11.2.3超聲波焊參數(shù)選擇11.3常用材料的超聲波焊11.3.1塑料焊接11.3.2金屬材料的焊接11.4超聲波焊設(shè)備11.4.1超聲波焊機(jī)的型號(hào)及典型結(jié)構(gòu)11.4.2超聲波焊接設(shè)備構(gòu)成及功能11.1.1焊接原理圖11-1超聲波焊原理1—超聲波發(fā)生器2—換能器3—傳振桿4—聚能器5—耦合桿6—靜載7—上聲極8—焊件9—下聲極Ｆ—靜壓力　—縱向振動(dòng)方向—彎曲振動(dòng)方向11.1.2接頭形成機(jī)理1.接頭形成過程2.接頭

2、組織特征1.接頭形成過程(1)振動(dòng)摩擦階段　超聲波焊的第一個(gè)過程主要是摩擦過程，其相對(duì)摩擦速度與摩擦焊相近，只是振幅僅僅為幾十微米。(2)溫度升高階段　在繼續(xù)的超聲波往復(fù)摩擦過程中，接觸表面溫度升高(焊區(qū)的溫度約為金屬熔點(diǎn)的３５%～５０％)，變形抗力下降，在靜壓力和彈性機(jī)械振動(dòng)引起的交變切應(yīng)力的共同作用下，焊件間接觸表面的塑性流動(dòng)不斷進(jìn)行，使已被破碎的氧化膜繼續(xù)分散甚至深入到被焊材料內(nèi)部，促使純金屬表面的原子無限接近到原子能發(fā)生引力作用的范圍內(nèi)，出現(xiàn)原子擴(kuò)散及相互結(jié)合，形成共同的晶?；虺霈F(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象。(3)固相接合階段圖11-2超聲波焊點(diǎn)區(qū)的渦流狀塑性流動(dòng)層2.接頭組織特征(1)

3、機(jī)械嵌合　超聲波焊接接頭中常見到兩焊件接觸處形成塑性流動(dòng)層，并呈現(xiàn)犬牙交錯(cuò)的機(jī)械嵌合，這種接合對(duì)連接強(qiáng)度起到有利的作用，但并不是金屬的連接，在金屬與非金屬之間的超聲波焊接時(shí)，這種機(jī)械嵌合作用占主導(dǎo)地位。(2)金屬原子間的鍵合　在超聲波焊接接頭中，焊接界面之間存在大量被歪扭的晶粒，這些晶粒是跨越界面的“公共晶?！保涑叽缗c母材金屬的晶粒無明顯差別，接頭不存在明顯的界面，兩材料之間通過金屬原子的鍵合而連在一起。(3)金屬間的物理冶金　超聲波焊接中還存在著由于摩擦生熱所引起的再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變以及金屬間化合物形成等冶金過程。(4)界面微區(qū)的熔化現(xiàn)象　超聲波焊接時(shí)，微區(qū)焊接溫度很難精確測(cè)

4、量，不能排除微區(qū)中出現(xiàn)局部熔化現(xiàn)象。11.2.1工藝特點(diǎn)1.超聲波焊接特點(diǎn)2.超聲波焊接分類1.超聲波焊接特點(diǎn)1)可焊接的材料范圍廣，可用于同種金屬材料、特別是高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱性的材料(如金、銀、銅、鋁等)和一些難熔金屬的焊接，也可用于性能相差懸殊的異種金屬材料(如導(dǎo)熱、硬度、熔點(diǎn)等)、金屬與非金屬、塑料等材料的焊接，還可以實(shí)現(xiàn)厚度相差懸殊以及多層箔片等特殊結(jié)構(gòu)的焊接。2)焊件不通電，不需要外加熱源，接頭中不出現(xiàn)宏觀的氣孔等缺陷，不生成脆性金屬間化合物，不發(fā)生像電阻焊時(shí)易出現(xiàn)的熔融金屬的噴濺等問題。3)焊縫金屬的物理和力學(xué)性能不發(fā)生宏觀變化，其焊接接頭的靜載強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都比電阻焊

5、接頭的強(qiáng)度高，且穩(wěn)定性好。4)被焊金屬表面氧化膜或涂層對(duì)焊接質(zhì)量影響較小，焊前對(duì)焊件表面準(zhǔn)備工作比較簡(jiǎn)單。5)形成接頭所需電能少，僅為電阻焊的5%；焊件變形小。6)不需要添加任何粘結(jié)劑、填料或溶劑，具有操作簡(jiǎn)便、焊接速度快、接頭強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。2.超聲波焊接分類(1)點(diǎn)焊　點(diǎn)焊是應(yīng)用最廣的一種焊接形式，根據(jù)振動(dòng)能量的傳遞方式，可以分為單側(cè)式、平行兩側(cè)式和垂直兩側(cè)式。(2)環(huán)焊　環(huán)焊方法如圖１１-５所示，主要用于一次成形的封閉形焊縫，能量傳遞采用的是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。(3)縫焊　與電阻焊中的縫焊類似，超聲波縫焊實(shí)質(zhì)上是由局部相互重疊的焊點(diǎn)形成一條連續(xù)焊縫。(4)線焊　圖１１-

6、７是線焊方法示意圖，它是點(diǎn)焊方法的一種延伸，利用線狀上聲極，在一個(gè)焊接循環(huán)內(nèi)形成一條狹窄的直線狀焊縫，聲極長(zhǎng)度就是焊縫的長(zhǎng)度，現(xiàn)在可以達(dá)到１５０ｍｍ，這種方法最適用于金屬薄箔的封口。(5)雙超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的點(diǎn)焊　圖１１-８是采用兩個(gè)不同頻率的振動(dòng)系統(tǒng)來完成一個(gè)焊點(diǎn)的點(diǎn)焊示意圖，上下兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的頻率分別為２７ｋＨｚ和２０ｋＨｚ(或１５ｋＨｚ)，上下振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)方向相互垂直，焊接時(shí)二者作直交振動(dòng)。(6)超聲波對(duì)焊　超聲波對(duì)焊主要用于金屬的對(duì)接，是近年來開發(fā)的一種新方法，焊接原理如圖１１-９所示。2.超聲波焊接分類圖11-3超聲波焊接的兩種類型ａ)切向傳遞?。?垂直傳遞ｖ—振動(dòng)方向

7、1—聚能器2—上聲極3—焊件4—下聲極圖11-4超聲波點(diǎn)焊的類型ａ)縱向振動(dòng)系統(tǒng)?。?彎曲振動(dòng)系統(tǒng)?。?輕型彎曲振動(dòng)系統(tǒng)(圖中數(shù)字號(hào)碼及注釋同圖１１-１，Ａ—振幅分布—縱向振動(dòng)振幅分布　—彎曲振動(dòng)振幅分布)1105.TIF圖11-6超聲波縫焊的振動(dòng)形式ａ)縱向振動(dòng)　ｂ)彎曲振動(dòng)?。?扭轉(zhuǎn)振動(dòng)Ａ—滾輪上的振幅分布　—聚能器上的振動(dòng)方向　—焊點(diǎn)上的振動(dòng)方向☉—垂直于紙面(向外)?—垂直于紙面(向里)圖11-7超聲波線焊示意圖圖11-8采用兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)的圖11-9超聲波對(duì)焊示意