超声波金属焊接机是19世纪30年月偶尔发明的。其时在作电流点焊电极加超声振动实验时，发明欠亨电流也能焊接上，是以成长了超声金属冷焊技巧。超声波焊接固然发明较早，然则到目前为止，其感化机理还不是很清晰。它类似于磨擦焊，但有区别，超声焊接光阴很短，温度低于再结晶；它与压力焊也不雷同，因为所加的静压力比压力焊小的多。一样平常觉得在超声波焊接进程中的初始阶段，切向振动进来金属外面的氧化物，并是粗拙外面的凸起部门产生重复的微焊和损坏的进程而使接触面积增大，同时使焊区温度降低，在焊件交界面产生塑性变形。如许在压力的感化下，互相靠近到原子引力能够或许产生感化的间隔时，即构成焊点。焊接光阴太长，或超声波振幅过大会使焊接强度降低，乃至损坏。
超声波金属焊接机原理
超声波金属焊接是应用额每秒钟数万次的高频振动波转递到两个需焊接的金属工件外面，再施以必定的压力，使金属外面互相磨擦而构身分子层之间的熔合，到达焊接的目标。
基础知识
1、超声波金属焊接机是应用高频振动波转递到两个需焊接的金属外面，在加压的环境下，使两个金属外面互相磨擦而构身分子层之间的熔合，其长处在于疾速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、靠近冷态加工；毛病是所焊接金属件不克不及太厚（一样平常小于或即是5mm）焊点位不克不及太大、必要加压。
2、焊接长处：
（1）焊接材料不熔融，不软弱金属特征。
（2）焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。
（3）对焊接金属外面请求低，氧化或电镀都可焊接。
（4）焊接光阴短，不需任何助焊剂、气体、焊料。
（5）焊接无火花，环保平安。
3、超声波金属焊接实用产物：
（1）镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。
（2）锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。
（3）电线互熔，偏结成一条与多条互熔。
（4）电线与名种电子元件、接点、连接器互熔。
（5）名种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。
（6）电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。
（7）金属管的封尾、堵截可水、气密。
4、振幅参数
振幅对付必要焊接的材料来讲是一个症结参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接不上，温渡过高就会使原材料烧焦或招致布局损坏而强度变差。因为每一间公司抉择的换能器分歧，换能器输出的振幅都有所分歧，颠末适配分歧变比的变幅杆及焊头，能够或许校订焊头的事情振幅以相符请求，平日换能器的输出振幅为10—20μm，而事情振幅一样平常为30μm上下，变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的外形，先后面积比等身分有关，外形来讲如指数型变幅、函数型变幅、门路型变幅等，对变比影响很大，先后面积比与总变比成正比。贵公司选用的是分歧公司品牌的焊接机，最简略的办法是按已事情的焊头的比例尺寸制造，能包管振幅参数的稳固。
5、频率参数
任何公司的超声波焊接机都有一个中心频率，比方20KHz、40 KHz等，焊接机的事情频率主要由换能器（Transducer）变幅杆（Booster）和焊头（Horn）的机械共振频率所决议，产生器的频率依据机械共振频率调剂，以到达同等，使焊头事情在谐振状况，每个部分都计划成一个半波长的谐振体。产生器及机械共振频率都有一个谐振事情范围，如一样平常设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机根本都能失常事情.咱们制造每个焊头时，都会对谐振频率作调剂，请求做到谐振频率与计划频率偏差小于0.1 KHZ，如20KHz焊头，咱们焊头的频率会节制在19.90—20.10 KHz，偏差为5‰。
6、节点
焊头、变幅杆均被计划为一个事情频率的半波长谐振体，在事情状况下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中央地位的节点振幅为零，应力最大。节点地位一样平常计划为坚固位，但平日的坚固位计划时厚度要大于3mm，或者是凹槽坚固，以是坚固位并非必定为零振幅，如许就会引致一些啼声和一部门的能量丧失，对付啼声平日用橡胶圈同别的部件断绝，或采纳隔声材料停止屏障，能量丧失在计划振幅参数时予以考虑。
7、网纹
超声波金属焊接平日会在焊接位外面，底座外面计划网纹，网纹计划的目地在于防止金属件的滑动，尽能够将能量转递到熔接位。网纹计划一样平常有方形、菱形、条形网纹。黄金手饰等金属包覆焊头与底座根椐请求不克不及计划纹路，网纹的巨细与深浅依据具体的焊接材料请求来肯定。
8、加工精度
超声波焊头因为事情于高频振动环境下，应只管即便坚持一个对称计划，以防止声波转递的纰谬称性招致的不均衡应力及横向振动（咱们所用于焊接的焊头应用的是超声波振动的纵向转递，对付全部谐振体系而言），不均衡振动能招致焊头过热及断裂。超声波焊接应用于分歧行业对加工精度请求是分歧的，对付分外薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的请求异常高，咱们所有的加工装备均采纳数控装备（如加工中心等），如许能力包管加工进去的精度相符请求。
9、应用寿命
一只焊头的应用寿命症结决议于两个方面：一、材料，二、工艺。
材料方面：超声波焊接请求金属材料有和婉性好（声波转递进程中机械消耗小）好的特色，以是最常用的材料为铝合金及钛合金，但超声波金属焊接请求焊头耐磨损（请求较高的硬度），使材料的抉择变得比拟艰苦，因为硬度和韧性似乎是生成对峙的，这就请求咱们抉择异常高请求的材料，咱们抉择的优良钢村料能够或许比拟好地办理这个抵触，使焊头的有用寿命只管即便地进步。
工艺方面：包含有加工工艺及后续处置工艺，加工工艺在前面已具体描写过，后续处置包含热处置及参数的修整，基于我公司抉择的材料，咱们有首创的热处置工艺去包管；在每个焊头制造完成后，零丁都要停止参数的测定及调剂，以包管出品。
10、金属相熔性
超声波金属焊接机和超声波塑料焊接机究竟有哪些分歧呢？
1、起首，事情方法不一样。平日，超声波塑料焊接中焊头振动偏向垂直于焊位，超声波金属焊接中焊头振动偏向平行于焊位。有些特殊环境下，塑料焊也可采纳平行偏向，如较薄的塑料件。
2、其次，因为超声波应用于焊接金属，对超声波焊接技巧提出了更高的请求；相对付通俗的塑料焊接，对功率容量、功率密度、稳固性及主动化节制等各个方面的请求，不是统一个级别。
现海内超声波塑料焊接用产生器根本都采纳自激式电路，典范代表为：8400、8700全桥电路及台湾机械常用的半桥电路，显著特色为有个调谐电感。假如将现有的用于塑料焊接的成熟技巧间接转嫁到金属焊上，其技巧上的先天不足，将招致产物的不稳固应用；其独一的上风便是价格便宜，但对付金属焊自己的高请求，这点上风是很苍白的。
（1）高功率容量、稳固的超声波产生器：
稳固的超声波产生器起首请求为：频率主动跟踪。频率主动跟踪能包管换能器体系能事情在谐振状况，即焊头振幅的最大化。采纳频率主动跟踪技巧，调换模具及事情时毋庸调频，才是用于金属焊的根本请求。有可调电感手动调频率的装备，根本都满意不了请求。
稳固的超声波产生器还要请求：恒振幅功效及振幅的无级可调。恒振幅功效，它能包管焊接的同等性，为稳固生产的症结；振幅的无级可调是保证装备用处的根本，比方在统一装备上经由过程参数调剂既能焊铜，也能焊铝材料
高功率容量：金属焊相对付塑料焊，请求高的能量密度，必定有相对高的功率容量，如20kHz的机械，根本上请求3000W以上的功率容量。许多公司对付功率容量常常呈现虚伪标称，那咱们只要和他们所做的塑料焊机比拟一下便可，因为塑料焊机标称过高是无人信的。
（2）高品质焊头：金属焊作为工业用处，必定请求高寿命的焊头。
（3）高品质换能器：如20kHz的换能器，必需能历久蒙受3kw以上负载。许多公司的换能器，用通俗塑料焊的换能器，外观上很难分辩，这是不负责任的做法。
（4）优良节制体系：具备焊接能量、光阴、高度三种根本节制情势，多种质控软件满意分歧需要。
特色及优势缺陷
特色：
1、两被焊接物体堆叠，经超声振动加压接分解固态情势，接合光阴短，且接合部门不产生锻造组织（粗拙面）缺点。
2、超声焊与电阻焊办法比拟，模具寿命长，模具整修与调换光阴少，并且易于完成主动化。
3、同种金属分歧种金属之间都能够停止超声焊接，与电气焊比拟消耗能量少得多。
4、超声焊与其余压焊比拟，请求压力较小，且变型量在10%以下，而冷压焊其工件变形量达40%-90%。
5、超声焊接不像其余焊接那样请求停止被焊外面的预处置及焊后的后处置。
6、处置超声焊接无需助焊剂、金属填料、外部加热等外部身分。
7、超声焊接能够使材料的温度效应降到最低（焊区的温度不跨越被焊金属相对融化温度的50%），从而不使金属布局变更，是以很得当电子范畴中的焊接应用。
长处：
熔合强度高；
靠近冷态加工、工件不退火、无氧化陈迹；
焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零；
对焊接金属外面请求低，氧化或电镀都可焊接；
焊接光阴短，不需任何助焊剂、气体、焊料。
焊接无火花，环保平安。
缺点：
是所焊接金属件不克不及太厚，焊点不克不及太大，必要加压。
应用：
实用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼、不銹钢等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等材料实行刹时焊接，总厚度可达2-4mm。
应用举例：
镍氢电池镍网与镍片互熔。锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。电线互熔，偏结成一条与多条互熔，线束焊接。电线与各类电子元件、接点、连接器互熔。各类家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。电子元器件引线、继电器、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。金属管的封尾、堵截可水、气密。
故障分析
1、过热
焊头在事情时会有必定的过热征象，这是因为材料自己的机械消耗及焊件过热传导而至。焊头过热能否失常断定尺度为不带负载时，持续发射超声波半小时以上，温度不克不及够跨越50-70℃，如过热凶猛，证实焊头已损坏或材料不合格，必要调换。
2、啸叫
当焊头事情时呈现啸叫时，应阐发以下缘故原由：
（1）装置螺丝能否已松动；
（2）焊头能否产生裂纹；
（3）焊头能否和不该碰触的物件相碰触。
3、过载
当产生器收回过载警报时，应按以下步调停止检查：
（1）空载测试，如事情电流失常，则能够是焊头碰触到不该碰触的物件或焊头与焊座之间的参数调理呈现毛病。
（2）空载测试不失常时，应起首察看焊头能否有裂纹，装置能否坚固，而后拆下焊头再停止空载测试，消除能否是换能器 变幅杆呈现问题，一步步停止消除。消撤除换能器 变幅杆呈现毛病的能够性后，将新的焊头拆换以断定。
（3）有时会呈现空载测试失常，而不克不及失常事情的环境，有能够是焊优等声能原件内部产生变更，招致声能转递不顺畅，这里有一个比拟简略的断定办法：手触摸法。失常事情的焊头或变幅杆外面事情时振幅是异常平均的，手摸下来是丝绒般的顺滑，当声能转递不顺畅时，用手摸下来会有气泡或毛刺的感到，这时候就要采纳消除法去消除有问题的部件。产生器不失常时，也能产生异样的环境，因为失常来讲检测换能器输出波形时应为顺滑的正弦波，当正弦波上有尖峰或不失常波形时也能产生这类征象，这时候能够用别的一整枝声能元件调换以判断。
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