超声波金属焊接.docx

IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
超声波金属焊接修订版
金属焊接大作业
题目名称： 件来制作智能金属基复合材料等。
②金属超声波焊机可进行点焊、连续焊，其焊接速度快。在应用范围方面，即使材料间的物理性能相差悬殊，也能很好地焊接；还可进行其他方法无法奏效的金属箔片、细丝、微小的器件及厚薄悬殊、多层金属片的焊接。
③超声波金属焊接焊点强度高，且其稳定性好，具有高抗疲劳强度特征。
④焊接过程无需采用水冷和气体保护，被焊工件的变形很小，焊接完成后工件无需进行退火等热处理。超声波金属焊接过程本身包含着对焊接件表面氧化层的破碎清理作用，焊面清洁美观，无需像其他焊接方法那样进行焊后清理。
⑤金属的超声波焊接不用焊条，焊接区不通电，不直接对被焊金属加热。焊接同一工件金属，与焊条电弧焊、气焊相比，超声波焊能耗要小得多。
⑥由于不需要添加焊剂，不污染被加工物，不产生任何焊渣、污水、有害气体等废物污染，因而是一种节能环保焊接方法。
⑦由于超声波发生器是功率电子线路，易于实现电气控制，能很好地与计算机配合进行焊接控制，从而达到高精度的焊接，并且易于实现焊接的信息化和自动化。
1．2超声波金属焊接的不足
①把超声波应用于金属材料焊接中，虽然可以得到很好的焊接效果，但是超声波发生器和声学系统与机械系统相结合的整个系统，其稳定性、可操作性、可靠性等方面还存在问题。所以声学系统（换能器、变幅杆、连接部分）的设计，以及声学系统与试件的连接方式等，都是十分关键的问题。
②对金属超声波焊接机理的认识不足。超声金属焊接是否无金属熔化，仅仅是一种固相焊接方法，或者说是金属间的“键和”过程，还有待进一步研究。
③超声波金属焊接影响工艺参数因素较多，不易进行总结。
④由于焊接所需的功率随工件厚度及硬度的提高而呈指数增加，而大功率超声波焊机的制造困难，且成本很高。随着焊接功率的进一步提高，不仅在声学系统的设计及制造方面将会面临一系列较难解决的问题，而且未必能取得预期的工艺效果。因此目前仅限于焊接丝、箔、片等细薄件。
⑤超声波焊机的“开敞性”比较差，工件的伸入尺寸也不能超过焊接系统所允许的范围。接头形式目前只限于搭接接头。
⑥焊点表面容易出高频机械振动而引起边缘的疲劳破坏，对焊接硬而脆的材料不利。
⑦目前来讲，对超声波焊接的焊接质量的检测还是比较难做的，无损检测设备还没有普及，常用方法无法用来监控，这也给大批量生产造成一定困难。

(1)振幅:振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数[9]，不同的换能器输出的振幅也不同，同一换能器也可以通过配置不同的变幅杆及焊头来改变焊头的工作振幅，以满足对不同材料的焊接要求。通常的换能器的输出振幅为5~20滋m，而工作振幅一般为10~30滋m左右，工作振幅同换能器输出振幅﹑变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关。
(2)频率:任何的超声波焊接机都有一个中心频率，例如20、40kHz等，焊接机的工作频率主要由超声波换能器(Transducer)、超声波变幅杆(Booster)、和焊头(Horn)的机械共振频率所决定。超声波发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工作在谐振状态，每一个部分都设计成一个半波长的整数倍谐振体。超声波发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围。以20kHz为例，谐振工作范围一般设定为()kHz，在此范围内焊接机基本都能够正常工作。制作每一个焊头时都会对谐振频率做调整，。目前超声波金属焊接所用的频率通常为
20kHz，~，误差小于5‰。
(3)节点:焊头、超声波变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力最大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不一定为零振幅，这样就会引起一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用降振结构设计进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时应充分考虑。橡胶圈被称为软固定，降振结构设计一般被称为硬固定。在超声波金属焊接里，通常会采用硬固定结构，硬固定结构还有端面固定模式。
(4)网纹:超声波金属焊接通常会在焊接位表面，底座表面设计网纹，网纹设计的目地在于防止金属件的滑动，尽可能将能量传递到焊接位。网纹设计一般有方形、菱形、条形网纹，网纹的大小与深浅根据具体的焊接材料要求来确定。
(5)电