第一章超聲波焊接

焊接新技術學時：32學時授課教師：楊玉芳

1焊接新技術學習本課程的目的課程內容2課程內容超聲波焊接擴散焊熱噴涂激光焊接及切割水下焊接爆炸焊焊接機器人3第一章超聲波焊接第一節(jié)概述一、超聲波介紹二、超聲波金屬焊接的工作原理三、超聲波焊接的種類四、優(yōu)缺點及其應用范圍4一、超聲波介紹將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為20～20000赫茲。當聲波的振動頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”5二、超聲波金屬焊接的工作原理

1-發(fā)生器2-換能器3-聚能器4-耦合桿5-上聲極6-工件7-下聲極A-振幅分布I-發(fā)生器饋電F-靜壓力V-振動方向靜壓力下將彈性振動能量轉變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及隨后有限的溫升。固態(tài)焊接。

6三、超聲波焊接的種類

按照振動能量傳遞方式的不同，超聲波可分為兩類：一是振動能量由切向傳遞到工件表面，這種方式主要用于金屬材料的焊接。二是振動能量由垂直于工件表面的方向傳入工件，這主要用于塑料的焊接

(a)垂直傳遞（b）切向傳遞1-下聲極2-工件3-聚能器4-振動方向7根據(jù)接頭形式不同，可分為點焊、環(huán)焊、縫焊及線焊。三、超聲波焊接的種類

81．點焊a)縱向振動b)彎曲振動c)輕型彎曲振動根據(jù)上聲極振動狀況

功率小于500W的小型點焊機。千瓦級大功率中小功率焊機92．環(huán)焊1-換能器2,3-聚能器4-耦合桿

5-上聲極

6-工件7-下聲極F-靜壓力

V-振動方向扭轉振動系統(tǒng)

焊接時焊盤扭轉，振動的振幅相對于聲極軸線呈對稱線性分布，軸心區(qū)振幅零焊盤邊緣振幅最大。

103．縫焊a）縱向振動系統(tǒng)b）彎曲振動系統(tǒng)焊盤的振動方向與焊接方向垂直

c)扭轉振動系統(tǒng)振動方向與焊接方向平行A-焊盤上振幅分布V1-聚能器上振動方向V2-焊點上的振動方向振動系統(tǒng)按其焊盤的振動狀態(tài)可分為可以獲得密封的連續(xù)焊縫。

114．線焊1-換能器2-聚能器3-125mm長焊接聲極頭4-周圍繞放罐形坯料的心軸點焊方法的一種延伸可通過線狀上聲極一次獲得150mm長的線狀焊縫。適用于箔片的線狀封口。

12超聲波焊接優(yōu)點1．可適用于多種組合材料的焊接2．由于是一種固相焊接方法，因而不會對半導體等材料引起高溫污染及損傷．微電子器件中，半導體硅片與金屬細絲（Au,Ag,Al,Pt,Ta)的精密焊接是超聲波焊接方法最重要，最成功的一個應用領域。3．容易焊接高熱導率及高電導率的材料。金、銀、銅、鋁等材料在電阻點焊中是比較難焊的，但是在使用超聲波焊接時，這些金屬成為最容易焊接的幾種材料13能進行超聲波焊接的材料組合144．與電阻點焊相比較，耗用功率僅為電阻電焊5%左右。焊件變形小于3～5%焊點強度及強度定性平均提高約15～20%。5．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物薄膜的金屬。根據(jù)這一特點，近年來發(fā)展了先膠后點焊的超聲波膠點焊方法15超聲波焊接缺點金屬超聲波焊的一個主要缺點是焊接需用功率隨工件厚度及硬度的提高呈指數(shù)劇增，因而只限用于絲，箔，片等薄件。絕大多數(shù)情況下超聲波焊只適用于搭接接頭。16第三節(jié)接頭性能及接頭設計

接頭性能力學性能

顯微組織171力學性能超聲波焊接接頭的力學性能一般是通過剪切力或拉力試驗的斷裂特征來進行測定和比較由于目前尚無專用的標定法，因而超聲波焊點抗剪強度通常是與電阻點焊的抗剪強度進行比較182顯微組織超聲波焊點的顯微組織通常與母材呈相同組織狀態(tài)，這是固相焊接方法的最主要特征19二、接頭設計

(1）超聲波焊的邊距沒有限制．根據(jù)情況可以沿邊焊接。(2）超聲波焊的點距s可任意選定，可以重疊，甚至可以重復焊（修補）。(3）超聲波焊的行距r可以任選。20第四節(jié)焊接工藝

一、焊接工藝參數(shù)的選擇二、工藝因素的影響21一、焊接工藝參數(shù)的選擇超聲波焊接的主要工藝參數(shù)是：振幅．振動頻率、靜壓力及焊接時間超聲功率與振幅的關系可由下式確定。

P=kH3/23/2超聲功率與振幅的關系可由下式確定P=SFv=SF2A/=4SF2Af22圖1-10鋁鎂合金焊點抗剪強度與振幅的關系當振幅為17m時抗剪切強度最大，振幅減小則強度顯著降低，當振幅A<6m時，無論采用多長時間或多大的靜壓力都不能形成焊點。振幅還有一個上限值，超過此值后強度會下降，這與材料內部及表面發(fā)生疲勞裂縫以及由于塑性流動加劇，上聲極埋入工件后削弱了焊點斷面有關。23圖1-11焊點剪切強度和靜壓力的關系靜壓力過低時，很多振動能量將損耗在上聲極與工件之間的表面摩擦上。靜壓力過大時，除了增加需用功率外，還會因工件的壓潰而降低焊點強度24二、工藝因素的影響

超聲波焊的主要工藝因素包括：上下聲極的材料、形狀和表面狀況，工件的表面狀況，焊接區(qū)的氣氛以及插入工件之間的材料等上聲極的材料應有盡可能大的摩擦系數(shù)，以保證上聲極與工件之間有足夠大的摩擦力。否則就會造成振動能最的損失為了提高上聲極材料的使用壽命，使之具有高的抗疲勞強度，聲極表面應有足夠的硬度及高溫摩擦系數(shù)25第五節(jié)工業(yè)應用

一、應用領域(1)電子工業(yè)廣泛用于微電子器件的互連，晶體管芯的焊接，晶閘管控制極的焊接以及儀表連接件，電子器件的封裝等。(2)航天航空及核能工業(yè)在宇宙飛船的核電轉換裝置中，用來焊接鋁與不銹鋼的復合組件，焊接直升飛機的倉門及導彈的接地線和衛(wèi)星的鈹窗等。(3)電器工業(yè)例如在微電