特種焊接技術(shù)第六單元

特種焊接技術(shù)第六單元第1頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1超聲波焊概述超聲波焊接（ultrasonicwelding，USW)是兩焊件在壓力作用下，利用超聲波的高頻振蕩，使焊件接觸表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦作用，以清除表面氧化物并加熱焊件而實(shí)現(xiàn)焊接的一種固態(tài)焊接方法。第2頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1超聲波焊概述6.1.1超聲波焊基本原理6.1.2超聲波焊的種類6.1.3超聲波的特點(diǎn)及應(yīng)用第3頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.1超聲波焊基本原理一、基本原理

二、接頭形成過程

第4頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本原理第5頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、接頭形成過程

1．振動摩擦階段2．溫度升高階段3．固相接合階段第7頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2超聲波焊的種類根據(jù)超聲波彈性振動能量傳入焊件的方向，超聲波焊可分成兩類：一類是振動能由切向傳遞到焊件表面而使焊接界面之間產(chǎn)生相對摩擦。超聲波焊接的接頭必須是搭接接頭，根據(jù)接頭焊縫的形式，金屬超聲波焊可分為點(diǎn)焊、縫焊、環(huán)焊和線焊等幾種類型。第9頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1.點(diǎn)焊

焊接時焊件在圓柱狀的上下聲極壓緊下實(shí)施焊接的，每次完成一個焊點(diǎn)。按能量傳遞方式分，點(diǎn)焊可分為單側(cè)式和雙側(cè)式。按振動系統(tǒng)分，點(diǎn)焊可采用縱向振動系統(tǒng)、彎曲振動系統(tǒng)以及介于兩者之間的輕型彎曲振動系統(tǒng)。第11頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2.環(huán)焊

用于一次成形的封閉形焊縫，能量傳遞采用的是扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)。第13頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3．縫焊

焊件夾持在圓盤狀上、下聲極之間，連續(xù)焊接獲得局部相互重疊的焊點(diǎn)，從而形成一條連續(xù)焊縫。根據(jù)圓盤狀聲極的振動狀態(tài)，超聲波縫焊可分為縱向振動、彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動三種形式。第15頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4．線焊

線焊是利用線狀上聲極或?qū)⒍鄠€點(diǎn)焊聲極疊合在一起，在一個焊接循環(huán)內(nèi)形成一條直線焊縫，也可以看成是點(diǎn)焊的一種延伸。第17頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.3超聲波的特點(diǎn)及應(yīng)用一、超聲波焊的特點(diǎn)

二、超聲波焊的應(yīng)用范圍

第18頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、超聲波焊的特點(diǎn)1．可焊材料范圍廣2．特別適用于金屬箔片、細(xì)絲以及微型器件的焊接3．焊件不熔化，焊接溫度相對較低，焊件變形小4．被焊金屬表面氧化膜或涂層對焊接質(zhì)量影響較小5．與電阻點(diǎn)焊比較，耗電功率小6．操作簡便、焊接速度快、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)第19頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、超聲波焊的應(yīng)用范圍

1．電子工業(yè)2．電器工業(yè)3．包裝工業(yè)4．航空航天及核能工業(yè)5．塑料工業(yè)6．其他應(yīng)用第20頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2超聲波焊的工藝設(shè)備6.2.1超聲波焊的工藝6.2.2超聲波焊設(shè)備第21頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1超聲波焊的工藝一、接頭設(shè)計

二、焊件表面準(zhǔn)備

三、上聲極的選用四、焊接參數(shù)的選擇

第22頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、接頭設(shè)計1．邊距e2．點(diǎn)距s3．行距r第23頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、焊件表面準(zhǔn)備超聲波焊時，對焊件表面不需進(jìn)行嚴(yán)格清理，因為超聲振動本身對焊件表面層有破碎清理作用。焊件表面被嚴(yán)重氧化或已有銹蝕層，焊前仍需清理，通常采用機(jī)械磨削或化學(xué)腐蝕方法清除。第25頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月三、上聲極的選用

上聲極所用的材料、端面形狀和表面狀況等會影響到焊點(diǎn)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。焊接鋁、銅、銀等較軟金屬的聲極材料較多采用高速鋼、滾珠軸承鋼；焊接鈦、鋯、高強(qiáng)度鋼及耐磨合金常采用沉淀硬化型鎳基超級合金等作為上聲極。第26頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月四、焊接參數(shù)的選擇

1.焊接功率

第27頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2.振動頻率

第28頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3．振幅

第29頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4.靜壓力

第30頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月5.焊接時間

焊接時間是指超聲波能量輸入焊件的時間。焊接時間的選擇隨材料性質(zhì)、厚度及其他焊接參數(shù)而定，高功率和短時間的焊接效果通常優(yōu)于低功率和較長時間的焊接效果。上述幾個焊接參數(shù)之間并不是孤立的，而是相互影響、相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮。第31頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2超聲波焊設(shè)備一、超聲波焊接設(shè)備的組成

二、部分國產(chǎn)超聲波點(diǎn)焊機(jī)的型號及技術(shù)參數(shù)

第32頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、超聲波焊接設(shè)備的組成

第33頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1．超聲波發(fā)生器

超聲波發(fā)生器是用來將工頻（50Hz）電流變換成15～60kHz的振蕩電流，并通過輸出變壓器與換能器相匹配。超聲波發(fā)生器必須與聲學(xué)系統(tǒng)相匹配才能使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，獲得高效率的輸出功率。第34頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2．聲學(xué)系統(tǒng)

聲學(xué)系統(tǒng)由換能器、聚能器、耦合桿和聲極組成。1）換能器2）聚能器3）耦合桿4）聲極第35頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3.加壓機(jī)構(gòu)

向焊接部位施加靜壓力的加壓機(jī)構(gòu)主要有液壓、氣壓、電磁加壓和自重加壓等。大功率超聲波焊機(jī)多采用液壓方式，沖擊力?。恍」β食暡ê笝C(jī)多用電磁加壓或自重加壓方式，這種方式可以匹配較快的控制程序。第36頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4.程序控制器

第37頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、部分國產(chǎn)超聲波點(diǎn)焊機(jī)的型號及技術(shù)參數(shù)

第38頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3典型材料的超聲波焊超聲波焊屬于固相焊接，目前主要用于小型薄件的焊接，焊接質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)性較好。超聲波焊不僅可以焊接鋁、銅、金等較軟的金屬材料，也可用于鋼鐵材料、鎢、鈦、鉬等金屬的焊接，物理性質(zhì)相差懸殊的異種金屬，甚至金屬與半導(dǎo)體、金屬與陶瓷等非金屬以及塑料等異種材料均可以采用超聲波焊。第39頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3典型材料的超聲波焊6.3.1同種材料的超聲波焊6.3.2異種材料的超聲波焊第40頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.1同種材料的超聲波焊超聲波焊接金屬材料時，最常用的方法是點(diǎn)焊。超聲波焊接易于實(shí)現(xiàn)同種金屬材料的可靠連接。利用超聲波焊接不同厚度的組合焊件時，超聲振動應(yīng)從比較薄的焊件一方導(dǎo)入，焊接參數(shù)也是根據(jù)薄焊件的厚度來確定。第41頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.1同種材料的超聲波焊一、同種金屬材料的焊接

二、塑料的超聲波焊

第42頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月一、同種金屬材料的焊接1．鋁及鋁合金的焊接

2．銅及銅合金的焊接

3．鈦及鈦合金的焊接

4．高熔點(diǎn)材料的焊接

第43頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月1．鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金是應(yīng)用超聲波焊最多，也是最能顯示出這種焊接方法優(yōu)越性的材料。對于較低強(qiáng)度的鋁合金，超聲波點(diǎn)焊和電阻點(diǎn)焊或縫焊的接頭強(qiáng)度大致相同。超聲波焊接鋁及鋁合金的表面準(zhǔn)備要求比其他任何一種焊接方法都低。正常情況下，鋁的表面一般進(jìn)行脫脂處理。第44頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月2．銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接性好，焊前需要對表面進(jìn)行清洗，去除油污，焊接參數(shù)和設(shè)備選擇與鋁合金相似。第45頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月3．鈦及鈦合金的焊接鈦及鈦合金具有很好的焊接性，焊接參數(shù)選擇范圍比較寬。焊點(diǎn)經(jīng)顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，有時產(chǎn)生α→β的相變，也有未經(jīng)相變的焊點(diǎn)組織，但均能獲得滿意的接頭強(qiáng)度。第46頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月4．高熔點(diǎn)材料的焊接

對于金屬鉬、鎢等高熔點(diǎn)的材料，由于超聲波焊可避免接頭區(qū)的加熱脆化現(xiàn)象，從而可獲得高強(qiáng)度的焊點(diǎn)質(zhì)量。高硬度金屬材料之間的超聲波焊接、或焊接性較差的金屬材料之間的焊接，可通過添加中間過渡層的方法實(shí)現(xiàn)超聲波焊接。對于多層金屬結(jié)構(gòu)，也可以采用超聲波焊。第47頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月二、塑料的超聲波焊塑料焊接時，通常盡量將焊件的結(jié)合面置于諧振曲線的波節(jié)點(diǎn)上，以便在這里釋放出最高的局部熱量，以使材料受熱熔化達(dá)到焊接的目的。塑料超聲波焊機(jī)一般由超聲波發(fā)生器、焊壓臺和焊具三大部分組成。第48頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)1．焊接效率高，焊接時間不超過1s。2．焊前焊件表面可不處理，由于殘存在塑料零件上的水、油、粉末、溶液等不會影響正常焊接，因而特別適用于各類物品的封裝焊。3．焊接過程僅在焊合面上發(fā)生局部熔化，因而可避免污染工作環(huán)境，而且焊點(diǎn)美觀，不產(chǎn)生混濁物，可獲得全透明的焊接成品。第49頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月焊接結(jié)晶性塑料和軟質(zhì)塑料時，需要在離振頭較近的近場區(qū)焊接。超聲波焊主要用于焊接模塑件、薄膜、板材和線材等，在焊接時不需加熱或添加任何溶劑和粘結(jié)劑。塑料超聲波焊的焊接面預(yù)加工有一些特殊要求，在焊接面上，常設(shè)計帶有尖邊的超聲波導(dǎo)能筋。第50頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月焊接模塑件時，超聲波導(dǎo)能筋的形式及其設(shè)計原則取決于被焊塑料的種類和模塑件的幾何形狀。第52頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料超聲波焊的焊縫質(zhì)量主要與母材的焊接性、被焊焊件和焊縫的幾何形狀和公差范圍、超聲波振頭、焊接參數(shù)以及振頭壓入深度的調(diào)整和穩(wěn)定控制等因素有關(guān)。第54頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月第55頁，課件共58頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.2異種材料的超聲波焊對于不同性質(zhì)的金屬材料之間的超聲波焊接，決定于兩材料的硬度。材料的硬度越接近，硬度值越低，超聲波焊接