超声波金属焊接的研究现状与展望

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1、万方数据WeldingTechnologyV01．39No．12Dec．2010·々题综述-1文章缡号：1002—025X(2010)12-0001-06超声波金属焊接的研究现状与展望朱政强，吴宗辉，范静辉(南昌大学机电工程学院，江西南昌330031)摘要：超声波金属焊接的节能、环保、操作方便等突出优点．越来越受到人们的重视。超声波全属的焊接已广适应用在众多领域。本文简单介绍了赶声波金属焊接基本原理和优缺．董。概迷了赶声波金属焊接的田内外发展现状。并对超声波金属焊接的发展前景做了具体的展望。关键词：超声波；金属焊接；研究现状；展望中圈分类号：田G453．9文献标志码：A

2、O序言超声波金属焊接是一种特种连接技术。自1950年美国人发明该技术以来。已在工业上得到了广泛的应用。超声波金属焊接还在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用．加上其节能、环保、操作方便等突出优点，对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接将发挥很大的促进作用。l超声波金属焊接原理及特点超声波金属焊接原理是利用超声波频率(超过16kHz)的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法。在对金属进行超声波焊接时。既不向工件输送电流。也不向工件施以高温热源。只是在静压力作用之下。将弹

3、性振动能量转变为工件界面间的摩擦功、形变能及有限的温升。使得焊接区域的金属原子被瞬间激活，两相界面处的分子相互渗透，最终实现金属焊件的同态连接。其焊接原理示意网如图l所示。收稿日期：2010-09-29基金项目：困家自然基金资助项目(50865007)；江两省青年科学宋(井冈之星)培养对象计划资助：江西省救霄厅2010年度重点科技项目(GJJi0013)圈l量耳渡盒一焊接曩理示l田1．1超声波金属焊接的优点①超声波金属焊接压力小，能耗低，且能焊接异种金属材料。基于这些特点．可通过综合利用超声波金属焊接技术和数控铣削技术来使金属零件快速成形。并在成形过程中埋人功能器件来制

4、作智能金属基复合材料等。②金属超声波焊机可进行点焊、连续焊。其焊接速度快。在应用范围方面。即使材料间的物理性能相差悬殊，也能很好地焊接；还可进行其他方法无法奏效的金属箔片、细丝、微小的器件及厚薄悬殊、多层金属片的焊接。③超声波金属焊接焊点强度高，且其稳定性好。具有高抗疲劳强度特征。(蓟焊接过程无需采用水冷和气体保护，被焊工件的变形很小。焊接完成后工件无需进行退火等热处理。超声波金属焊接过程本身包含着对焊接件表面氧化层的破碎清理作用。焊面清洁美观，无需像其他焊接方法那样进行焊后清理。⑤金属的超声波焊接不用焊条。焊接区不通电。不直接对被焊金属加热。焊接同一工件金属，与焊万方

5、数据2·专题综述·焊接技术第39卷第12期2010年12月条电弧焊、气焊相比，超声波焊能耗要小得多。许多学者对超声波焊接能否达到金属熔点形成～⑥由于不需要添加焊剂。不污染被加工物，不产致看法：超声波焊接是固相连接，只能达到金属熔点生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染，因而是一的35％～50％。而华南理工大学机械工程学院的杨圣种节能环保焊接方法。文和汤勇在铜片和铜管超声波焊接试验基础上研究超⑦由于超声波发生器是功率电子线路，易于实现声波焊接机理，他们通过SEM图来观察金属微观组电气控制。能很好地与计算机配合进行焊接控制，从织和能量角度分析。最后得出结论：认为铜片与铜管而达

6、到高精度的焊接。并且易于实现焊接的信息化和的超声波焊接过程更可能是一种基于焊接区域纯洁金自动化。1．2超声波金属焊接的不足①把超声波应用于金属材料焊接中，虽然可以得到很好的焊接效果．但是超声波发生器和声学系统与机械系统相结合的整个系统．其稳定性、可操作性、可靠性等方面还存在问题。所以声学系统(换能器、变幅杆、连接部分)的设计，以及声学系统与试件的连接方式等，都是十分关键的问题。②对金属超声波焊接机理的认识不足。超声金属焊接是否无金属熔化。仅仅是一种固相焊接方法，或者说是金属间的“键和”过程，还有待进一步研究。(D超声波金属焊接影响工艺参数因素较多，不易进行总结。(D由于

7、焊接所需的功率随工件厚度及硬度的提高而呈指数增加，而大功率超声波焊机的制造困难，且成本很高。随着焊接功率的进一步提高。不仅在声学系统的设计及制造方面将会面临一系列较难解决的问题，而且未必能取得预期的工艺效果。因此目前仅限于焊接丝、箔、片等细薄件。⑤超声波焊机的“开敞性”比较差，工件的伸入尺寸也不能超过焊接系统所允许的范围。接头形式目前只限于搭接接头。⑥焊点表面容易出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利。⑦目前来讲，对超声波焊接的焊接质量的检测还是比较难做的，无损检测设备还没有普及，常用方法无法用来监控，这也给大批量生产