压焊方法及设备第十一章超声波焊

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1、第11章　超声波焊11.1超声波焊基本原理及接头形成11.1.1焊接原理11.1.2接头形成机理11.2超声波焊接工艺11.2.1工艺特点11.2.2超声波焊接头设计11.2.3超声波焊参数选择11.3常用材料的超声波焊11.3.1塑料焊接11.3.2金属材料的焊接11.4超声波焊设备11.4.1超声波焊机的型号及典型结构11.4.2超声波焊接设备构成及功能11.1.1焊接原理图11-1超声波焊原理1—超声波发生器2—换能器3—传振杆4—聚能器5—耦合杆6—静载7—上声极8—焊件9—下声极Ｆ—静压力　—纵向振动方向—弯曲振动方向11.1.2接头形成机理1.接头形成过程2.接头

2、组织特征1.接头形成过程(1)振动摩擦阶段　超声波焊的第一个过程主要是摩擦过程，其相对摩擦速度与摩擦焊相近，只是振幅仅仅为几十微米。(2)温度升高阶段　在继续的超声波往复摩擦过程中，接触表面温度升高(焊区的温度约为金属熔点的３５%～５０％)，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，形成共同的晶粒或出现再结晶现象。(3)固相接合阶段图11-2超声波焊点区的涡流状塑性流动层2.接头组织特征(1)

3、机械嵌合　超声波焊接接头中常见到两焊件接触处形成塑性流动层，并呈现犬牙交错的机械嵌合，这种接合对连接强度起到有利的作用，但并不是金属的连接，在金属与非金属之间的超声波焊接时，这种机械嵌合作用占主导地位。(2)金属原子间的键合　在超声波焊接接头中，焊接界面之间存在大量被歪扭的晶粒，这些晶粒是跨越界面的“公共晶粒”，其尺寸与母材金属的晶粒无明显差别，接头不存在明显的界面，两材料之间通过金属原子的键合而连在一起。(3)金属间的物理冶金　超声波焊接中还存在着由于摩擦生热所引起的再结晶、扩散、相变以及金属间化合物形成等冶金过程。(4)界面微区的熔化现象　超声波焊接时，微区焊接温度很难精确测

4、量，不能排除微区中出现局部熔化现象。11.2.1工艺特点1.超声波焊接特点2.超声波焊接分类1.超声波焊接特点1)可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料(如金、银、铜、铝等)和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料(如导热、硬度、熔点等)、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。2)焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。3)焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊

5、接头的强度高，且稳定性好。4)被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。5)形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5%；焊件变形小。6)不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。2.超声波焊接分类(1)点焊　点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。(2)环焊　环焊方法如图１１-５所示，主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。(3)缝焊　与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。(4)线焊　图１１-

6、７是线焊方法示意图，它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝，声极长度就是焊缝的长度，现在可以达到１５０ｍｍ，这种方法最适用于金属薄箔的封口。(5)双超声波振动系统的点焊　图１１-８是采用两个不同频率的振动系统来完成一个焊点的点焊示意图，上下两个振动系统的频率分别为２７ｋＨｚ和２０ｋＨｚ(或１５ｋＨｚ)，上下振动系统的振动方向相互垂直，焊接时二者作直交振动。(6)超声波对焊　超声波对焊主要用于金属的对接，是近年来开发的一种新方法，焊接原理如图１１-９所示。2.超声波焊接分类图11-3超声波焊接的两种类型ａ)切向传递　ｂ)垂直传递ｖ—振动方向

7、1—聚能器2—上声极3—焊件4—下声极图11-4超声波点焊的类型ａ)纵向振动系统　ｂ)弯曲振动系统　ｃ)轻型弯曲振动系统(图中数字号码及注释同图１１-１，Ａ—振幅分布—纵向振动振幅分布　—弯曲振动振幅分布)1105.TIF图11-6超声波缝焊的振动形式ａ)纵向振动　ｂ)弯曲振动　ｃ)扭转振动Ａ—滚轮上的振幅分布　—聚能器上的振动方向　—焊点上的振动方向☉—垂直于纸面(向外)⊗—垂直于纸面(向里)图11-7超声波线焊示意图图11-8采用两个振动系统的图11-9超声波对焊示意