特種焊接技術(shù)--第五章超聲波焊接

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊11遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特種焊接技術(shù)特種焊接技術(shù)金屬材料加工系金屬材料加工系 劉少平制作劉少平制作 第五章第五章超聲波焊接超聲波焊接 材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊22 人耳只能感覺到人耳只能感覺到 2020000Hz 頻率的聲波，高頻率的聲波，高于于 20000Hz 的聲波就是超聲波了。超聲波廣泛地應(yīng)的聲波就是超聲波了。超聲波廣泛地應(yīng)用在多種技術(shù)中，超聲波有兩個(gè)

2、特點(diǎn)，一個(gè)是能量用在多種技術(shù)中，超聲波有兩個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是能量大，一個(gè)是沿直線傳播，它的應(yīng)用就是按照這兩個(gè)大，一個(gè)是沿直線傳播，它的應(yīng)用就是按照這兩個(gè)特點(diǎn)展開的。特點(diǎn)展開的。 超聲波焊是利用超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能量和靜超聲波焊是利用超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能量和靜壓力的共同作用，對焊件接頭進(jìn)行局部加熱和表面壓力的共同作用，對焊件接頭進(jìn)行局部加熱和表面清理，然后施加壓力實(shí)現(xiàn)焊接的一種壓力焊方法。清理，然后施加壓力實(shí)現(xiàn)焊接的一種壓力焊方法。連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、金屬與金屬陶瓷的連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、金屬與金屬陶瓷的方法。焊接時(shí)，利用是在靜壓力作用下將彈性振動(dòng)方法。焊接時(shí)，利用是在靜壓力作用下將彈

3、性振動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及有限升溫。接能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及有限升溫。接頭間冶金結(jié)合是在母材不熔化情況下實(shí)現(xiàn)的，屬于頭間冶金結(jié)合是在母材不熔化情況下實(shí)現(xiàn)的，屬于固態(tài)焊接。固態(tài)焊接。 材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊331-發(fā)生器發(fā)生器 2-換能器換能器 3-聚能器聚能器4-耦合桿耦合桿 5-上聲極上聲極 6-焊件焊件 7-下聲級(jí)下聲級(jí)A-振幅分布振幅分布 F-靜壓力靜壓力 V1-縱向振動(dòng)方向縱向振動(dòng)方向 V2-彎曲振動(dòng)方向彎曲振動(dòng)方向 I-超聲波震蕩電流超聲波震蕩電流 金屬超聲波焊接時(shí)，金屬超聲波

4、焊接時(shí)，既不向工件輸送電流，也既不向工件輸送電流，也不向工件引入高溫?zé)嵩矗幌蚬ぜ敫邷責(zé)嵩?，只是在靜壓力下將彈性振只是在靜壓力下將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及隨后的溫擦功、形變能及隨后的溫升。接頭間的冶金結(jié)合是升。接頭間的冶金結(jié)合是在母材不發(fā)生熔化的情況在母材不發(fā)生熔化的情況下實(shí)現(xiàn)的。因此屬于固態(tài)下實(shí)現(xiàn)的。因此屬于固態(tài)焊接。焊接。 超聲波焊原理圖超聲波焊原理圖材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊44 在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，通常由高頻發(fā)生器產(chǎn)生在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，通常由高頻發(fā)生器產(chǎn)生16

5、 60KHz的高頻電流，通過激磁線圈產(chǎn)生交變磁的高頻電流，通過激磁線圈產(chǎn)生交變磁場，使鐵磁材料在交變磁場中發(fā)生長度的交變伸縮場，使鐵磁材料在交變磁場中發(fā)生長度的交變伸縮（磁致伸縮），超聲頻率的電磁能便轉(zhuǎn)換成為振動(dòng)（磁致伸縮），超聲頻率的電磁能便轉(zhuǎn)換成為振動(dòng)能，再由傳送器傳至聲極；同時(shí)通過聲極對工件加能，再由傳送器傳至聲極；同時(shí)通過聲極對工件加壓，平行于連接面的機(jī)械振動(dòng)起著破碎和清除工件壓，平行于連接面的機(jī)械振動(dòng)起著破碎和清除工件表面氧化膜的作用，并加速金屬的擴(kuò)散和再結(jié)晶過表面氧化膜的作用，并加速金屬的擴(kuò)散和再結(jié)晶過程。適當(dāng)選擇振蕩頻率，當(dāng)發(fā)生器振蕩電流頻率與程。適當(dāng)選擇振蕩頻率，當(dāng)發(fā)生器振蕩電

6、流頻率與聲學(xué)系統(tǒng)的自振頻率一致時(shí)，產(chǎn)生共振，在配合適聲學(xué)系統(tǒng)的自振頻率一致時(shí)，產(chǎn)生共振，在配合適當(dāng)壓力和焊接時(shí)間，即可獲得優(yōu)質(zhì)接頭。焊件變形當(dāng)壓力和焊接時(shí)間，即可獲得優(yōu)質(zhì)接頭。焊件變形率一般低于率一般低于35。 超聲波焊縫的形成過程主要由震動(dòng)剪切力、靜超聲波焊縫的形成過程主要由震動(dòng)剪切力、靜壓力和接頭區(qū)的升溫三個(gè)因素所決定。壓力和接頭區(qū)的升溫三個(gè)因素所決定。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊55超聲波焊接中能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程超聲波焊接中能量轉(zhuǎn)換與傳遞過程電網(wǎng)電網(wǎng)焊焊 件件超聲波超聲波發(fā)生器發(fā)生器磁致伸縮磁致伸縮換能器換能

7、器聚能器聚能器上聲極上聲極傳振桿傳振桿空氣空氣-傳播超傳播超聲波聲能聲波聲能6080kHz電磁振蕩電磁振蕩50kHz6080kHz機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)1680kHz.改變方向改變方向1680kHz.機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)超聲波焊點(diǎn)超聲波焊點(diǎn)區(qū)的渦流狀區(qū)的渦流狀塑性流動(dòng)層塑性流動(dòng)層材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊66 超聲波焊的兩個(gè)階段超聲波焊的兩個(gè)階段 第一階段預(yù)壓階段。由于上聲極超聲振動(dòng)，使第一階段預(yù)壓階段。由于上聲極超聲振動(dòng)，使其與上焊件間產(chǎn)生摩擦而造成暫時(shí)連接，然后通過其與上焊件間產(chǎn)生摩擦而造成暫時(shí)連接，然

8、后通過它們直接將超聲波傳到焊件接觸面上，使其產(chǎn)生劇它們直接將超聲波傳到焊件接觸面上，使其產(chǎn)生劇烈摩擦，清除表面油污、氧化物等雜質(zhì)，露出純凈烈摩擦，清除表面油污、氧化物等雜質(zhì)，露出純凈的金屬表面，其振幅僅為幾十微米。此階段主要是的金屬表面，其振幅僅為幾十微米。此階段主要是摩擦過程，相對摩擦速度與摩擦焊相近。摩擦過程，相對摩擦速度與摩擦焊相近。 第二階段焊接階段，主要是應(yīng)力應(yīng)變階段。切第二階段焊接階段，主要是應(yīng)力應(yīng)變階段。切應(yīng)力方向每秒鐘將變化幾千次，造成摩擦，當(dāng)焊件應(yīng)力方向每秒鐘將變化幾千次，造成摩擦，當(dāng)焊件造成局部連接后，振動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變將成為金屬間冶造成局部連接后，振動(dòng)應(yīng)力和應(yīng)變將成為金屬間冶

9、金結(jié)合的條件。即在結(jié)合面上產(chǎn)生聯(lián)生晶粒，出現(xiàn)金結(jié)合的條件。即在結(jié)合面上產(chǎn)生聯(lián)生晶粒，出現(xiàn)再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變或金屬間結(jié)合等。局部溫度可再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變或金屬間結(jié)合等。局部溫度可達(dá)金屬熔點(diǎn)的達(dá)金屬熔點(diǎn)的3550%。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊77超聲波焊接原理示意圖超聲波焊接原理示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊88材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊99 （二）超聲

10、波焊接機(jī)理（二）超聲波焊接機(jī)理 1、接觸塑性流動(dòng)層內(nèi)機(jī)械嵌合、接觸塑性流動(dòng)層內(nèi)機(jī)械嵌合 在大多數(shù)超聲波焊中出現(xiàn)，對連接強(qiáng)度起重要在大多數(shù)超聲波焊中出現(xiàn)，對連接強(qiáng)度起重要作用，在金屬與非金屬焊接時(shí)起主導(dǎo)作用。作用，在金屬與非金屬焊接時(shí)起主導(dǎo)作用。 2、金屬原子間的鍵合、金屬原子間的鍵合 接頭中常見的是顯微組織在界面消失，而連接接頭中常見的是顯微組織在界面消失，而連接部位存在大量被歪曲的晶粒，其晶粒大小與原始晶部位存在大量被歪曲的晶粒，其晶粒大小與原始晶粒度無明顯差別，可認(rèn)為是金屬鍵的結(jié)合。粒度無明顯差別，可認(rèn)為是金屬鍵的結(jié)合。 3、焊接過程中的金屬間物理冶金反應(yīng)、焊接過程中的金屬間物理冶金反應(yīng)

11、接頭中存在由于摩擦生熱而引起的冶金反應(yīng)，接頭中存在由于摩擦生熱而引起的冶金反應(yīng)，如再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變及金屬化合物的形成等。是如再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變及金屬化合物的形成等。是有爭議的問題：有人認(rèn)為，焊接時(shí)間短（小于有爭議的問題：有人認(rèn)為，焊接時(shí)間短（小于2s）再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變難以實(shí)現(xiàn)。再結(jié)晶、擴(kuò)散、相變難以實(shí)現(xiàn)。 4、也有人提出界面有微區(qū)熔化現(xiàn)象。、也有人提出界面有微區(qū)熔化現(xiàn)象。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1010二、超聲波焊的分類二、超聲波焊的分類 （一）根據(jù)超聲波彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)入焊件的（一）根據(jù)超聲波彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)

12、入焊件的方向不同分方向不同分 1、振動(dòng)能量由切、振動(dòng)能量由切 向轉(zhuǎn)入焊件表面使界向轉(zhuǎn)入焊件表面使界 面產(chǎn)生相對摩擦，圖面產(chǎn)生相對摩擦，圖 a）。）。 適用于金屬材適用于金屬材 料的焊接；料的焊接； 2、振動(dòng)能量垂直、振動(dòng)能量垂直 于焊件表面方向轉(zhuǎn)入于焊件表面方向轉(zhuǎn)入 焊件，圖焊件，圖b） 適于塑適于塑 料的焊接。料的焊接。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1111 （二）根據(jù)接頭形式分（二）根據(jù)接頭形式分 1、點(diǎn)焊、點(diǎn)焊 按能量傳遞方式可分單側(cè)和雙側(cè)兩類。當(dāng)振動(dòng)按能量傳遞方式可分單側(cè)和雙側(cè)兩類。當(dāng)振動(dòng)能量值通過上聲極導(dǎo)入

13、時(shí)為單側(cè)式點(diǎn)焊；分別由上能量值通過上聲極導(dǎo)入時(shí)為單側(cè)式點(diǎn)焊；分別由上下聲極導(dǎo)入為雙側(cè)式點(diǎn)焊。前者最常用。下聲極導(dǎo)入為雙側(cè)式點(diǎn)焊。前者最常用。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1212 2、縫焊、縫焊 縫焊時(shí)超聲波通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓盤狀聲極傳輸縫焊時(shí)超聲波通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的圓盤狀聲極傳輸給工件，形成具有密封性的連續(xù)焊縫。給工件，形成具有密封性的連續(xù)焊縫。 縫焊可以獲得密封的連續(xù)焊縫。通常工件被夾縫焊可以獲得密封的連續(xù)焊縫。通常工件被夾持在上、下焊盤之間。在特殊情況下可采用平板式持在上、下焊盤之間。在特殊情況下可采用平板式下聲極。

14、下聲極。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1313 3、環(huán)焊、環(huán)焊 用環(huán)焊方法可以一次形成用環(huán)焊方法可以一次形成封閉形焊縫，采用的是扭轉(zhuǎn)振封閉形焊縫，采用的是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。焊接時(shí)焊盤扭轉(zhuǎn)，振動(dòng)系統(tǒng)。焊接時(shí)焊盤扭轉(zhuǎn)，振動(dòng)振幅相對于聲極軸線呈對稱動(dòng)振幅相對于聲極軸線呈對稱線性分布，軸心區(qū)振幅為零，線性分布，軸心區(qū)振幅為零，焊盤邊緣振幅最大。顯然環(huán)焊焊盤邊緣振幅最大。顯然環(huán)焊最適用于微電子器件的封裝工最適用于微電子器件的封裝工藝。有時(shí)環(huán)焊也用于對氣密要藝。有時(shí)環(huán)焊也用于對氣密要求特別高的直線焊縫場合，此求特別高的直線焊縫場合，

15、此時(shí)可采用部分重疊環(huán)焊方法，時(shí)可采用部分重疊環(huán)焊方法，類似縫焊獲得連續(xù)直線焊縫。類似縫焊獲得連續(xù)直線焊縫。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1414 4、線焊、線焊 線焊可以看成是線焊可以看成是點(diǎn)焊方法的延伸。利點(diǎn)焊方法的延伸。利用線狀上聲極或?qū)⒍嘤镁€狀上聲極或?qū)⒍鄠€(gè)焊點(diǎn)疊合在一起，個(gè)焊點(diǎn)疊合在一起，在一個(gè)焊接循環(huán)內(nèi)形在一個(gè)焊接循環(huán)內(nèi)形成一條直線焊縫?，F(xiàn)成一條直線焊縫?，F(xiàn)已經(jīng)可以通過線狀上已經(jīng)可以通過線狀上聲極上次獲得聲極上次獲得150mm長的線狀焊縫。這種長的線狀焊縫。這種方法最適用于金屬箔方法最適用于金屬箔片的線狀封

16、口。片的線狀封口。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊15152 超聲波焊特點(diǎn)及應(yīng)用超聲波焊特點(diǎn)及應(yīng)用 一、超聲波焊接的特點(diǎn)一、超聲波焊接的特點(diǎn) 1、超聲波焊的優(yōu)點(diǎn)、超聲波焊的優(yōu)點(diǎn) 1）可適用于多種組合材料的焊接。）可適用于多種組合材料的焊接。 2）由于是固相焊接方法，不受冶金焊接性的）由于是固相焊接方法，不受冶金焊接性的約束，不會(huì)對半導(dǎo)體等材料引起高溫污染及損傷。約束，不會(huì)對半導(dǎo)體等材料引起高溫污染及損傷。微電子器件中，半導(dǎo)體硅片與金屬細(xì)絲（微電子器件中，半導(dǎo)體硅片與金屬細(xì)絲（Au、Ag、Al、Pt、Ta）的精密焊接是超

17、聲波焊接方法最重要）的精密焊接是超聲波焊接方法最重要和最成功的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。和最成功的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。 3）適于焊接高熱導(dǎo)率及高電導(dǎo)率的材料。例）適于焊接高熱導(dǎo)率及高電導(dǎo)率的材料。例如金、銀、銅、鋁等材料在電阻點(diǎn)焊中是比較難焊如金、銀、銅、鋁等材料在電阻點(diǎn)焊中是比較難焊的，使用超聲波焊接，這些金屬成為最容易焊接的的，使用超聲波焊接，這些金屬成為最容易焊接的幾種材料。幾種材料。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1616 4）與電阻點(diǎn)焊相比，耗用功率僅為電阻點(diǎn)焊）與電阻點(diǎn)焊相比，耗用功率僅為電阻點(diǎn)焊的的 5% 左右。變形小于左

18、右。變形小于35%。焊點(diǎn)強(qiáng)度及強(qiáng)度穩(wěn)定。焊點(diǎn)強(qiáng)度及強(qiáng)度穩(wěn)定性平均提高約性平均提高約1520。 5）對工件表面的清潔度要求不高，允許少量）對工件表面的清潔度要求不高，允許少量的氧化膜及油污等存在。甚至可以焊接帶漆及聚合的氧化膜及油污等存在。甚至可以焊接帶漆及聚合物薄膜的金屬。根據(jù)這一特點(diǎn)，近年來發(fā)展了先膠物薄膜的金屬。根據(jù)這一特點(diǎn)，近年來發(fā)展了先膠后點(diǎn)焊的超聲波膠點(diǎn)焊方法。后點(diǎn)焊的超聲波膠點(diǎn)焊方法。 2、超聲波焊的缺點(diǎn)、超聲波焊的缺點(diǎn) 金屬超聲波焊的一個(gè)主要缺點(diǎn)是焊接需用功率金屬超聲波焊的一個(gè)主要缺點(diǎn)是焊接需用功率隨工件厚度及硬度的提高呈指數(shù)劇增，因而只限用隨工件厚度及硬度的提高呈指數(shù)劇增，因而

19、只限用于絲、箔、片等薄件。此外，雖然近年來已發(fā)明了于絲、箔、片等薄件。此外，雖然近年來已發(fā)明了超聲波對焊方法，但絕大多數(shù)情況下超聲波焊只適超聲波對焊方法，但絕大多數(shù)情況下超聲波焊只適用于搭接接頭。用于搭接接頭。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1717二、超聲波焊的應(yīng)用二、超聲波焊的應(yīng)用 1、電子工業(yè)、電子工業(yè) 廣泛應(yīng)用于微電子器件、集成電路元件、晶體廣泛應(yīng)用于微電子器件、集成電路元件、晶體管芯的焊接。管芯的焊接。 1）在）在1mm2硅片上，有數(shù)百條硅片上，有數(shù)百條2550m的的Al或或Au絲通過超聲波焊將焊點(diǎn)部位相互連

20、接。絲通過超聲波焊將焊點(diǎn)部位相互連接。 2）鋰電池中金屬鋰片與不銹鋼底座之間的連）鋰電池中金屬鋰片與不銹鋼底座之間的連接，以前是嵌合，質(zhì)量不可靠、電阻大，超聲波焊接，以前是嵌合，質(zhì)量不可靠、電阻大，超聲波焊質(zhì)量可靠、生產(chǎn)率提高。質(zhì)量可靠、生產(chǎn)率提高。 2、電器制造、電器制造 超聲波膠點(diǎn)焊在中國制造的超聲波膠點(diǎn)焊在中國制造的50萬千伏超高電壓萬千伏超高電壓變壓器屏蔽構(gòu)件中獲得成功應(yīng)用。變壓器屏蔽構(gòu)件中獲得成功應(yīng)用。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1818 3、新材料制備、新材料制備 可在玻璃、陶瓷或硅片的熱噴涂表面上連接

21、金可在玻璃、陶瓷或硅片的熱噴涂表面上連接金屬箔及絲；也可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料之間及超導(dǎo)材料與導(dǎo)屬箔及絲；也可實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料之間及超導(dǎo)材料與導(dǎo)電材料之間的連接；鋁塑復(fù)合管的焊接；物理性能電材料之間的連接；鋁塑復(fù)合管的焊接；物理性能相差懸殊材料制成的雙金屬接頭等。相差懸殊材料制成的雙金屬接頭等。 如太陽能熱水器銅集板與銅管之間的焊接。如太陽能熱水器銅集板與銅管之間的焊接。 4、航空、航天及核能工業(yè)、航空、航天及核能工業(yè) 宇宙飛船中的核電轉(zhuǎn)換裝置中，鋁與不銹鋼組宇宙飛船中的核電轉(zhuǎn)換裝置中，鋁與不銹鋼組件、導(dǎo)彈的接地線、衛(wèi)星上的鈹窗等。件、導(dǎo)彈的接地線、衛(wèi)星上的鈹窗等。 5、封裝工業(yè)的包裝材料、封裝工業(yè)的包裝材

22、料 從軟箔小包裝到密封管殼等均可采用超聲波環(huán)從軟箔小包裝到密封管殼等均可采用超聲波環(huán)焊、縫焊和線焊焊接密性封裝結(jié)構(gòu)。焊、縫焊和線焊焊接密性封裝結(jié)構(gòu)。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊1919 根據(jù)焊件的接頭形式，超聲波焊機(jī)可分為點(diǎn)焊根據(jù)焊件的接頭形式，超聲波焊機(jī)可分為點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、環(huán)焊機(jī)和線焊機(jī)等。主要由超聲波發(fā)機(jī)、縫焊機(jī)、環(huán)焊機(jī)和線焊機(jī)等。主要由超聲波發(fā)生器、電生器、電-聲換能耦合器（聲學(xué)系統(tǒng)）、加壓機(jī)構(gòu)、聲換能耦合器（聲學(xué)系統(tǒng)）、加壓機(jī)構(gòu)、焊接時(shí)間及加壓程序定是控制裝置等組成。焊接時(shí)間及加壓程序定是控制裝置等組成。

23、3 超聲波焊設(shè)備及工藝超聲波焊設(shè)備及工藝一、超聲波焊設(shè)備一、超聲波焊設(shè)備A-發(fā)生器發(fā)生器 B-聲學(xué)系統(tǒng)聲學(xué)系統(tǒng) C-加壓機(jī)構(gòu)加壓機(jī)構(gòu) D-控制裝置控制裝置1-發(fā)生器發(fā)生器 2-換能器換能器 3-聚能器聚能器 4-耦合桿耦合桿5-上聲極上聲極6-焊件焊件7-下聲級(jí)下聲級(jí)8-電磁加壓裝置電磁加壓裝置9-控制加壓電源控制加壓電源10-程控器程控器材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊20201、超聲波發(fā)生器、超聲波發(fā)生器 是焊機(jī)的核心設(shè)備。它是一種具有超聲頻率的是焊機(jī)的核心設(shè)備。它是一種具有超聲頻率的正弦電壓波的電源，實(shí)質(zhì)是一個(gè)包

24、括機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)正弦電壓波的電源，實(shí)質(zhì)是一個(gè)包括機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)在內(nèi)的單級(jí)或多級(jí)放大的自激振蕩器。作用是將工在內(nèi)的單級(jí)或多級(jí)放大的自激振蕩器。作用是將工頻（頻（50Hz） 電流變成電流變成 15 60Hz 的震蕩電流，并通的震蕩電流，并通過輸出變壓器與換能器相耦合。過輸出變壓器與換能器相耦合。2、聲學(xué)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng) 超聲波的關(guān)鍵部件，是電聲耦合裝置（聲學(xué)系超聲波的關(guān)鍵部件，是電聲耦合裝置（聲學(xué)系統(tǒng)），由換能器、聚能器（變幅桿）、耦合桿（傳統(tǒng)），由換能器、聚能器（變幅桿）、耦合桿（傳振桿和上下聲極）等組成。振桿和上下聲極）等組成。 主要作用是傳輸彈性振動(dòng)能給焊件，以實(shí)現(xiàn)焊主要作用是傳輸彈性振動(dòng)能給焊件

25、，以實(shí)現(xiàn)焊接。聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)在于按照選定的頻率計(jì)算每接。聲學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)在于按照選定的頻率計(jì)算每個(gè)聲學(xué)組元的自振頻率。個(gè)聲學(xué)組元的自振頻率。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊2121 （1）換能器）換能器 將發(fā)生器的電震蕩能轉(zhuǎn)換成相同頻率的機(jī)械振將發(fā)生器的電震蕩能轉(zhuǎn)換成相同頻率的機(jī)械振動(dòng)能，是焊機(jī)的機(jī)械振動(dòng)源。有磁致伸縮式和壓電動(dòng)能，是焊機(jī)的機(jī)械振動(dòng)源。有磁致伸縮式和壓電式兩種。式兩種。 磁致伸縮效應(yīng)是當(dāng)鐵磁材料置于交變磁場中，磁致伸縮效應(yīng)是當(dāng)鐵磁材料置于交變磁場中，將會(huì)在材料的長度方向發(fā)生宏觀的同步伸縮變形現(xiàn)將會(huì)在材

26、料的長度方向發(fā)生宏觀的同步伸縮變形現(xiàn)象，常用鎳片和鐵鋁合金，工作可靠，但換能效率象，常用鎳片和鐵鋁合金，工作可靠，但換能效率僅為僅為2030%，已被壓電式換能器所替代。，已被壓電式換能器所替代。 壓電式是利用某些非金屬壓電晶體（如石英、壓電式是利用某些非金屬壓電晶體（如石英、鋯酸鉛、鋯鈦酸等）的逆壓電效應(yīng)。當(dāng)壓電材料在鋯酸鉛、鋯鈦酸等）的逆壓電效應(yīng)。當(dāng)壓電材料在一定晶面上受到壓力或拉力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷，稱為一定晶面上受到壓力或拉力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電荷，稱為正壓電效應(yīng)；反正，當(dāng)在壓電軸方向饋入交變電場正壓電效應(yīng)；反正，當(dāng)在壓電軸方向饋入交變電場時(shí)，晶體會(huì)沿一定方向發(fā)生同步收縮現(xiàn)象，稱逆壓時(shí)，晶體會(huì)沿一定

27、方向發(fā)生同步收縮現(xiàn)象，稱逆壓電效應(yīng)。效率高達(dá)電效應(yīng)。效率高達(dá)8090%，但壽命短。，但壽命短。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊2222 （2）聚能器（變幅桿）聚能器（變幅桿） 作用是將換能器所轉(zhuǎn)換的成的高頻彈性振動(dòng)能作用是將換能器所轉(zhuǎn)換的成的高頻彈性振動(dòng)能量傳遞給焊件，還有使輸出振幅放大和集中能量的量傳遞給焊件，還有使輸出振幅放大和集中能量的作用。焊接時(shí)振幅一般在作用。焊接時(shí)振幅一般在 540m，而一般換能器，而一般換能器小于此數(shù)值，所以必須放大。小于此數(shù)值，所以必須放大。 （3）耦合桿）耦合桿 用于改變振動(dòng)形式，一般

28、是將聚能器輸出的縱用于改變振動(dòng)形式，一般是將聚能器輸出的縱向振動(dòng)改變成為彎曲振動(dòng)，通常為圓柱形，氣自振向振動(dòng)改變成為彎曲振動(dòng)，通常為圓柱形，氣自振頻率應(yīng)根據(jù)耦合條件設(shè)計(jì)。頻率應(yīng)根據(jù)耦合條件設(shè)計(jì)。 （4）聲極）聲極 分上、下聲極，是超聲波焊機(jī)直接與焊件接觸分上、下聲極，是超聲波焊機(jī)直接與焊件接觸的聲學(xué)部件，并與聚能器或耦合桿連接。上聲極可的聲學(xué)部件，并與聚能器或耦合桿連接。上聲極可做成球面，下聲極用以支撐工件和所加壓力的反作做成球面，下聲極用以支撐工件和所加壓力的反作用力。用力。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊2323

29、作用是向焊接部位施加靜壓力。目前主要有液作用是向焊接部位施加靜壓力。目前主要有液壓、氣壓、電磁加壓和自重加壓等。加壓機(jī)構(gòu)還包壓、氣壓、電磁加壓和自重加壓等。加壓機(jī)構(gòu)還包括焊件的夾持機(jī)構(gòu)。括焊件的夾持機(jī)構(gòu)。3、加壓機(jī)構(gòu)、加壓機(jī)構(gòu)4、程序控制器、程序控制器 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲學(xué)反饋及自動(dòng)程序控制，如利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行聲學(xué)反饋及自動(dòng)程序控制，如超聲波點(diǎn)焊的預(yù)加壓時(shí)間、焊接時(shí)間、消除粘連時(shí)超聲波點(diǎn)焊的預(yù)加壓時(shí)間、焊接時(shí)間、消除粘連時(shí)間、休止時(shí)間等。間、休止時(shí)間等。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊2424二、接頭設(shè)計(jì)及準(zhǔn)備二、接頭設(shè)計(jì)

30、及準(zhǔn)備1、接頭設(shè)計(jì)、接頭設(shè)計(jì) 由于焊接過程母材不發(fā)生熔化，焊點(diǎn)不受過大由于焊接過程母材不發(fā)生熔化，焊點(diǎn)不受過大壓力，因此可自由設(shè)計(jì)點(diǎn)距、邊距和行距等參數(shù)。壓力，因此可自由設(shè)計(jì)點(diǎn)距、邊距和行距等參數(shù)。2、焊件表面準(zhǔn)備、焊件表面準(zhǔn)備 不需嚴(yán)格清理，因?yàn)檎駝?dòng)不需嚴(yán)格清理，因?yàn)檎駝?dòng)對表面層有破碎清理作用。氧對表面層有破碎清理作用。氧化嚴(yán)重和有銹層，仍需清理。化嚴(yán)重和有銹層，仍需清理。sre3、上聲極選用、上聲極選用 盡可能選用摩擦系數(shù)大以盡可能選用摩擦系數(shù)大以及具有足夠耐磨性的材料。目及具有足夠耐磨性的材料。目前焊鋁、銅等用高速鋼、軸承前焊鋁、銅等用高速鋼、軸承鋼；焊鈦、鋯、高強(qiáng)鋼等常采鋼；焊鈦、鋯、

31、高強(qiáng)鋼等常采用沉淀強(qiáng)化型鎳基超級(jí)合金。用沉淀強(qiáng)化型鎳基超級(jí)合金。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊25251、焊接功率、焊接功率2、振動(dòng)頻率、振動(dòng)頻率3、振幅、振幅4、靜壓力、靜壓力5、焊接時(shí)間、焊接時(shí)間三、焊接參數(shù)三、焊接參數(shù)材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊26264 典型材料的超聲波焊典型材料的超聲波焊一、同種材料的超聲波焊一、同種材料的超聲波焊 焊接金屬材料時(shí)，最常用的方法是點(diǎn)焊。焊接金屬材料時(shí)，最常用的方法是點(diǎn)焊。 易于實(shí)現(xiàn)同種金屬材料的

32、可靠連接易于實(shí)現(xiàn)同種金屬材料的可靠連接 。焊接不同。焊接不同厚度的組合焊件時(shí)，超聲振動(dòng)應(yīng)從比較薄的焊件一厚度的組合焊件時(shí)，超聲振動(dòng)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。方導(dǎo)入，焊接參數(shù)也是根據(jù)薄焊件的厚度來確定。 （一）同種金屬材料的焊接（一）同種金屬材料的焊接 可實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金焊接、銅及銅合金的焊接、可實(shí)現(xiàn)鋁及鋁合金焊接、銅及銅合金的焊接、鈦及鈦合金的焊接、高熔點(diǎn)材料的焊接。鈦及鈦合金的焊接、高熔點(diǎn)材料的焊接。 （二）塑料的超聲波焊（二）塑料的超聲波焊 塑料焊接時(shí)，通常盡量將焊件的結(jié)合面置于諧塑料焊接時(shí)，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。熱量，以使材料受熱熔化達(dá)到焊接的目的。材料科學(xué)與工程學(xué)院壓力焊遼寧工程技術(shù)大學(xué)遼寧工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院特特 種種 焊焊2727塑料焊接面預(yù)加工設(shè)計(jì)塑料焊接面預(yù)加工設(shè)計(jì) 塑料超聲波焊的原理塑料超聲波焊的原理是焊接