超声波焊接原理及发展研究

超声波焊接的节能，环保，焊接牢固，操作方便简单等突出的优点，越来越受到人们的重视。超声波焊接技术已在众多领域得到了广泛的应用。

1950年超声波焊接技术由一位美国人发明出来，该项技术作为特殊的链接技术，在工业生产的领域中受到了重用，此外，还在各个领域中也得到了广泛的应用，例如：电子工业领域，电器制造领域，新材料装备，汽车零件制造，玩具制造，航空航天及核能工业领域，食品包装盒，化妆品封尾，高级零食的密封技术等方面。

超声波焊接的优点主要变现为：节能，环保，焊接牢固，操作简单，这种技术对我国建设资源节约型，环境友好型的社会起到巨大的促进作用。

【超声波焊接原理】

超声波焊接作为一种特殊的焊接方法，通常情况下是利用超声波频率20khz（15khz）的机械振动能量，将同种或异种金属，半导体，塑料及金属陶瓷等进行连接。通过超声波对金属进行焊接时，一方面不需要向工件输送电流，另一方面没有将高温热源引入工件，在焊接过程中，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，形变能，以及有限的温升等。在母材不发生熔化的情况下，实现接头间的冶金结合，因此，超声波焊接属于固态焊接。

工频电流在超声波发生器的作用下，进一步转变为超声波频率（15~20khz)的振荡电流。通过磁致收缩反应，换能器将电磁能转换成弹性机械振动能。放大器的作用是对振幅进行放大，同时借助耦合杆和上声极与并工作进行耦合。如果换能器，放大器，耦合杆和上升机的自振频率相互一致，在这种情况下，系统将会产生谐振，从而将弹性振动能传递给静压力的工件。两种薄材工件通过此种能量之间的转换被粘接在一起。

【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，也可以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不足，不会生成脆性金属间化合物，不会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，焊接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%，焊件不易变形。

(6)不需要适用任何螺丝钉，粘接剂，胶水等，具有操作简单，焊接牢固，焊接效率高，焊接速度快，不污染环境，省时省力等优点。超声波焊接主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。