特种焊接技术第六单元

特种焊接技术第六单元第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.1超声波焊概述超声波焊接（ultrasonicwelding，USW)是两焊件在压力作用下，利用超声波的高频振荡，使焊件接触表面产生强烈的摩擦作用，以清除表面氧化物并加热焊件而实现焊接的一种固态焊接方法。第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.1超声波焊概述6.1.1超声波焊基本原理6.1.2超声波焊的种类6.1.3超声波的特点及应用第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.1.1超声波焊基本原理一、基本原理

二、接头形成过程

第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三一、基本原理第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期三二、接头形成过程

1．振动摩擦阶段2．温度升高阶段3．固相接合阶段第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.1.2超声波焊的种类根据超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊可分成两类：一类是振动能由切向传递到焊件表面而使焊接界面之间产生相对摩擦。超声波焊接的接头必须是搭接接头，根据接头焊缝的形式，金属超声波焊可分为点焊、缝焊、环焊和线焊等几种类型。第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期三1.点焊

焊接时焊件在圆柱状的上下声极压紧下实施焊接的，每次完成一个焊点。按能量传递方式分，点焊可分为单侧式和双侧式。按振动系统分，点焊可采用纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三2.环焊

用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三3．缝焊

焊件夹持在圆盘状上、下声极之间，连续焊接获得局部相互重叠的焊点，从而形成一条连续焊缝。根据圆盘状声极的振动状态，超声波缝焊可分为纵向振动、弯曲振动和扭转振动三种形式。第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期三4．线焊

线焊是利用线状上声极或将多个点焊声极叠合在一起，在一个焊接循环内形成一条直线焊缝，也可以看成是点焊的一种延伸。第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.1.3超声波的特点及应用一、超声波焊的特点

二、超声波焊的应用范围

第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期三一、超声波焊的特点1．可焊材料范围广2．特别适用于金属箔片、细丝以及微型器件的焊接3．焊件不熔化，焊接温度相对较低，焊件变形小4．被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小5．与电阻点焊比较，耗电功率小6．操作简便、焊接速度快、生产效率高等优点第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期三二、超声波焊的应用范围

1．电子工业2．电器工业3．包装工业4．航空航天及核能工业5．塑料工业6．其他应用第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.2超声波焊的工艺设备6.2.1超声波焊的工艺6.2.2超声波焊设备第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.2.1超声波焊的工艺一、接头设计

二、焊件表面准备

三、上声极的选用四、焊接参数的选择

第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三一、接头设计1．边距e2．点距s3．行距r第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三二、焊件表面准备超声波焊时，对焊件表面不需进行严格清理，因为超声振动本身对焊件表面层有破碎清理作用。焊件表面被严重氧化或已有锈蚀层，焊前仍需清理，通常采用机械磨削或化学腐蚀方法清除。第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三三、上声极的选用

上声极所用的材料、端面形状和表面状况等会影响到焊点的强度和稳定性。焊接铝、铜、银等较软金属的声极材料较多采用高速钢、滚珠轴承钢；焊接钛、锆、高强度钢及耐磨合金常采用沉淀硬化型镍基超级合金等作为上声极。第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期三四、焊接参数的选择

1.焊接功率

第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期三2.振动频率

第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期三3．振幅

第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期三4.静压力

第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期三5.焊接时间

焊接时间是指超声波能量输入焊件的时间。焊接时间的选择随材料性质、厚度及其他焊接参数而定，高功率和短时间的焊接效果通常优于低功率和较长时间的焊接效果。上述几个焊接参数之间并不是孤立的，而是相互影响、相互关联，应统筹考虑。第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.2.2超声波焊设备一、超声波焊接设备的组成

二、部分国产超声波点焊机的型号及技术参数

第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三一、超声波焊接设备的组成

第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三1．超声波发生器

超声波发生器是用来将工频（50Hz）电流变换成15～60kHz的振荡电流，并通过输出变压器与换能器相匹配。超声波发生器必须与声学系统相匹配才能使系统处于最佳状态，获得高效率的输出功率。第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三2．声学系统

声学系统由换能器、聚能器、耦合杆和声极组成。1）换能器2）聚能器3）耦合杆4）声极第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三3.加压机构

向焊接部位施加静压力的加压机构主要有液压、气压、电磁加压和自重加压等。大功率超声波焊机多采用液压方式，冲击力小；小功率超声波焊机多用电磁加压或自重加压方式，这种方式可以匹配较快的控制程序。第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期三4.程序控制器

第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期三二、部分国产超声波点焊机的型号及技术参数

第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.3典型材料的超声波焊超声波焊属于固相焊接，目前主要用于小型薄件的焊接，焊接质量可靠，经济性较好。超声波焊不仅可以焊接铝、铜、金等较软的金属材料，也可用于钢铁材料、钨、钛、钼等金属的焊接，物理性质相差悬殊的异种金属，甚至金属与半导体、金属与陶瓷等非金属以及塑料等异种材料均可以采用超声波焊。第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.3典型材料的超声波焊6.3.1同种材料的超声波焊6.3.2异种材料的超声波焊第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.3.1同种材料的超声波焊超声波焊接金属材料时，最常用的方法是点焊。超声波焊接易于实现同种金属材料的可靠连接。利用超声波焊接不同厚度的组合焊件时，超声振动应从比较薄的焊件一方导入，焊接参数也是根据薄焊件的厚度来确定。第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.3.1同种材料的超声波焊一、同种金属材料的焊接

二、塑料的超声波焊

第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三一、同种金属材料的焊接1．铝及铝合金的焊接

2．铜及铜合金的焊接

3．钛及钛合金的焊接

4．高熔点材料的焊接

第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三1．铝及铝合金的焊接铝及铝合金是应用超声波焊最多，也是最能显示出这种焊接方法优越性的材料。对于较低强度的铝合金，超声波点焊和电阻点焊或缝焊的接头强度大致相同。超声波焊接铝及铝合金的表面准备要求比其他任何一种焊接方法都低。正常情况下，铝的表面一般进行脱脂处理。第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三2．铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性好，焊前需要对表面进行清洗，去除油污，焊接参数和设备选择与铝合金相似。第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三3．钛及钛合金的焊接钛及钛合金具有很好的焊接性，焊接参数选择范围比较宽。焊点经显微组织分析发现，有时产生α→β的相变，也有未经相变的焊点组织，但均能获得满意的接头强度。第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期三4．高熔点材料的焊接

对于金属钼、钨等高熔点的材料，由于超声波焊可避免接头区的加热脆化现象，从而可获得高强度的焊点质量。高硬度金属材料之间的超声波焊接、或焊接性较差的金属材料之间的焊接，可通过添加中间过渡层的方法实现超声波焊接。对于多层金属结构，也可以采用超声波焊。第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期三二、塑料的超声波焊塑料焊接时，通常尽量将焊件的结合面置于谐振曲线的波节点上，以便在这里释放出最高的局部热量，以使材料受热熔化达到焊接的目的。塑料超声波焊机一般由超声波发生器、焊压台和焊具三大部分组成。第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期三优点1．焊接效率高，焊接时间不超过1s。2．焊前焊件表面可不处理，由于残存在塑料零件上的水、油、粉末、溶液等不会影响正常焊接，因而特别适用于各类物品的封装焊。3．焊接过程仅在焊合面上发生局部熔化，因而可避免污染工作环境，而且焊点美观，不产生混浊物，可获得全透明的焊接成品。第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期三焊接结晶性塑料和软质塑料时，需要在离振头较近的近场区焊接。超声波焊主要用于焊接模塑件、薄膜、板材和线材等，在焊接时不需加热或添加任何溶剂和粘结剂。塑料超声波焊的焊接面预加工有一些特殊要求，在焊接面上，常设计带有尖边的超声波导能筋。第五十页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第五十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期三焊接模塑件时，超声波导能筋的形式及其设计原则取决于被焊塑料的种类和模塑件的几何形状。第五十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第五十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期三塑料超声波焊的焊缝质量主要与母材的焊接性、被焊焊件和焊缝的几何形状和公差范围、超声波振头、焊接参数以及振头压入深度的调整和稳定控制等因素有关。第五十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期三第五十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期三6.3.2异种材料的超声波焊对于不同性质的金属材料之间的超声波焊接，决定于两材料的硬度。材料的硬度越接近，硬度值越低，超声波焊接性