压焊方法及设备第十一章ppt课件.ppt

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1、第十一章超声波焊一、定义超声波焊接(ultrasonicwelding，UW)是利用超声波的高频振动，在静压力的作用下将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功和形变能，对焊件进行局部清理和加热焊接的一种压焊方法。主要用于连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料。11.1超声波焊基本原理及接头形式11.1.1焊接原理超声波焊接时，超声波发生器1产生每秒几万次的高频振动，通过换能器2、传振杆3、聚能器4和耦合杆5向焊件输入超声波频率的弹性振动能。两焊件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下，通过摩擦、温升和变形，使氧化膜或其他表面附着物被破坏，并使纯净界面之

2、间的金属原子无限接近，实现可靠连接。11.1.2接头形成机理1、接头形成过程超声波焊接过程与电阻焊类似，由“预压”、“焊接”和“维持”3个步骤形成一个焊接循环，从接头形成的微观机理上分析，超声波焊经历了以下三个阶段：（1）振动摩擦阶段（2）温度升高阶段（3）固相接合阶段（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。这一过程的主要作用是排除焊件表面的油污，氧化物等杂质，使纯净的金属表面暴露出来。（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

3、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）固相接合阶段随着摩擦焊过程的进行，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，出现焊件间的机械咬合。超声波焊接接头的形成主要由振动剪切力、静压力和焊区的温升三个因素所决定，它们之间相互影响，互相制约，并和焊件的厚度、表面状态及其常温性能有关。2、接头组织特征

4、超声波焊接接头界面组织发生了相变、再结晶、扩散以及金属间的键合等冶金现象，是一种固相焊接过程。接头形成机理分为：（1）机械键合、（2）金属原子间的键合、（3）金属间的物理冶金、（4）界面微区的熔化现象。(1)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

5、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量，不能排除微区中出现局部熔化现象。11.2超声波焊接工艺11.2.1工艺特点超声波焊接的焊点，应有高的结合强度和合格的表面质量，除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外，还应注意与上声极接触处的焊点表面情况，不允许有裂纹和局部来熔合，因此，超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。1、超声波焊接特点1)可焊接的材料范围广，可用于同

6、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。1、超声波焊接特点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。

7、5)形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。6)不需要添加任何粘接剂、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、超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类。一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件。主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊。（1）点焊点焊是应用最广泛的一种焊接形式，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。振动系统根据上

8、声极的振动方式也可以分为