超聲波金屬焊接基礎(chǔ)知識(shí)

2011/7/29/16:26來源：慧聰表面處理網(wǎng)

超聲波金屬焊接基礎(chǔ)知識(shí)

1、原理

超聲波金屬焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無火花、接近冷態(tài)加工；缺點(diǎn)是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位不能太大、需要加壓。

2、焊接優(yōu)點(diǎn)：

1）、焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。

2）、焊接后導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低或近乎零。

3）、對(duì)焊接金屬表面要求低，電鍍均可焊接。

4）、焊接時(shí)間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。

5）、焊接無火花，環(huán)保安全。

3、超聲波金屬焊接適用產(chǎn)品：

1）、鎳氫電池鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片互熔與鎳片互熔。.

2）、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片互熔，鋁箔與鋁片互熔。.

3）、電線互熔，偏結(jié)成一條與多條互熔。

4）、電線與名種電子元件、接點(diǎn)、連接器互熔。

5）、名種汽車用品的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔。

6）、電磁開關(guān)、無熔絲開關(guān)等大電流接點(diǎn)，異種金屬片的互熔。

7）、金屬管的封尾、切斷可水、氣密。

8）、太陽能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊，鋁板拼接。

4、振幅參數(shù)

振幅對(duì)于需要焊接的材料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度，溫度達(dá)不到就會(huì)熔接不上，溫度過高就會(huì)使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。因?yàn)槊恳婚g公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對(duì)變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機(jī)，最簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定。

5、頻率參數(shù)

任何公司的超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機(jī)械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以達(dá)到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長的諧振體。

生器及機(jī)械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5KHz，在此范圍內(nèi)焊接機(jī)基本都能正常工作.我們制作每一個(gè)焊頭時(shí)，都會(huì)對(duì)諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1KHZ，如20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會(huì)控制在19.90—20.10KHz，誤差為5‰。

6、節(jié)點(diǎn)

焊頭、變幅桿均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅最大，應(yīng)力最小，而相當(dāng)于中間位置的節(jié)點(diǎn)振幅為零，應(yīng)力最大。節(jié)點(diǎn)位置一般設(shè)計(jì)為固定位，但通常的固定位設(shè)計(jì)時(shí)厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會(huì)引致一些叫聲和一部分的能量損失，對(duì)于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進(jìn)行屏蔽，能量損失在設(shè)計(jì)振幅參數(shù)時(shí)予以考慮。

7、網(wǎng)紋

超聲波金屬焊接通常會(huì)在焊接位表面，底座表面設(shè)計(jì)網(wǎng)紋，網(wǎng)紋設(shè)計(jì)的目地在于防止金屬件的滑動(dòng)，盡可能將能量傳遞到熔接位。網(wǎng)紋設(shè)計(jì)一般有方形、菱形、條形網(wǎng)紋。黃金手飾等金屬包覆焊頭與底座根椐要求不能設(shè)計(jì)紋路，網(wǎng)紋的大小與深淺根據(jù)具體的焊接材料要求來確定。

8、頻率自動(dòng)跟蹤技術(shù)

原則上講，供金屬焊接裝置使用的超聲波發(fā)生器和供塑料焊接裝置使用的超聲波發(fā)生器沒有很大的區(qū)別，特殊性可能在于焊接金屬具有更重要的使用價(jià)值，對(duì)焊接質(zhì)量的要求也更高，為了滿足金屬焊接的需要，必需使用具有特殊性能的發(fā)生器。現(xiàn)代化的超聲波發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在焊接過程中機(jī)械裝置或電子元件的工作情況發(fā)生變化會(huì)引起振動(dòng)頻率的改變，舉實(shí)例來說，當(dāng)焊頭與工件在焊接靜壓力的作用下緊密接觸時(shí)振動(dòng)頻率將發(fā)生改變，焊接時(shí)間過長或進(jìn)行快速連續(xù)焊接使材料溫度升高，也會(huì)引起振動(dòng)頻率的改變。超聲波發(fā)生器將跟蹤振動(dòng)系統(tǒng)的頻率，使發(fā)生器和振動(dòng)系統(tǒng)之間一直處于諧振狀態(tài)，頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能夠補(bǔ)償在焊接過程中出現(xiàn)的工作狀態(tài)改變，使系統(tǒng)重新處于諧振狀態(tài)并保正焊接參數(shù)的穩(wěn)定，重點(diǎn)是振幅的穩(wěn)定，這對(duì)于金屬焊接具有非常重要的意義。

9、換能器技術(shù)

原則上講，供金屬焊接裝置使用的換能器和供塑料焊接裝置使用的換能器沒有很大的區(qū)別，特殊性在于焊接金屬具有更高質(zhì)量的要求，因?yàn)樵诤附咏饘贂r(shí)往往需要很大的瞬間功率，這就要求換能器有高的功率容量和低的阻抗，這也不是一般用于塑料焊接裝置使用的換能器所能勝任的。

二、故障分析

1、發(fā)熱

焊頭在工作時(shí)會(huì)有一定的發(fā)熱現(xiàn)象，這是由于材料本身的機(jī)械損耗及焊件發(fā)熱傳導(dǎo)所致。焊頭發(fā)熱是否正常判斷標(biāo)準(zhǔn)為不帶負(fù)載（即不接觸工件）時(shí)，連續(xù)發(fā)射超聲波半小時(shí)以上，溫度不能夠超過50-70℃，如發(fā)熱歷害，證明焊頭已損壞或材料不合格，需要更換。

2．嘯叫

當(dāng)焊頭工作時(shí)出現(xiàn)嘯叫時(shí)，應(yīng)分析以下原因：

①安裝螺絲是否已松動(dòng)

②焊頭是否產(chǎn)生裂紋

③焊頭是否和不應(yīng)接觸的物件相接觸。

2、過載

當(dāng)發(fā)生器發(fā)出過載警報(bào)時(shí)，應(yīng)按如下步驟進(jìn)行檢查：

①空載測試，如工作電流正常，則可能是焊頭接觸到不應(yīng)接觸的物件或焊頭與焊座之間的參數(shù)調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障。

②空載測試不正常時(shí)，應(yīng)首先觀察焊頭是否有裂紋，安裝是否牢固，然后拆下焊頭再進(jìn)行空載測試，排除是否是換能器＋變幅桿出現(xiàn)問題，一步步進(jìn)行排除。排除掉換能器＋變幅桿出現(xiàn)故障的可能性后，將新的焊頭拆換以判斷。

③有時(shí)會(huì)出現(xiàn)空載測試正常，而不能正常工作的情況，有可能是焊頭等聲能原件內(nèi)部發(fā)生變化，導(dǎo)致聲能傳遞不暢，這里有一個(gè)比較簡單的判斷方法：手觸摸法。正常工作的焊頭或變幅桿表面工作時(shí)振幅是非常均勻的，手摸上去是絲絨般的順滑，當(dāng)聲能傳遞不暢時(shí)，用手摸上去會(huì)有氣泡或毛刺的感覺，這時(shí)就要采用排除法去排除有問題的部件。發(fā)生器不正常時(shí)，也能產(chǎn)生同樣的情況，因?yàn)檎碚f檢測換能器輸入波形時(shí)應(yīng)為順滑的正弦波，當(dāng)正弦波上有尖峰或不正常波形時(shí)也能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，這時(shí)可以用另外一整枝聲能元件替換以判別。