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超声波焊接原理及发展研究

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发表时间:2022-07-21 09:44作者:恒力信
文章附图

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。

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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】

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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】

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(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。