超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接連接同種金屬或異種金屬的方法01簡(jiǎn)介精度故障分析影響因素壽命目錄03050204基本信息超聲波金屬焊接是利用超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫?zé)嵩?，只是在靜壓力之下，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能、形變能及有限的溫升．兩母材達(dá)到再結(jié)晶溫度下發(fā)生的固相焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時(shí)所產(chǎn)生的飛濺和氧化等現(xiàn)象．超聲金屬焊機(jī)能對(duì)銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料進(jìn)行單點(diǎn)焊接、多點(diǎn)焊接和短條狀焊接．可廣泛應(yīng)用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介超聲波金屬焊接-王強(qiáng)超聲波金屬焊接利用高頻振動(dòng)波傳遞到需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工；缺點(diǎn)是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位不能太大、需要加壓。影響因素振幅頻率節(jié)點(diǎn)紋換能器電源010302040506影響因素振幅振幅對(duì)于需要焊接的材料來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度。溫度達(dá)不到就會(huì)熔接不上，溫度過(guò)高就會(huì)使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。選擇的超聲波換能器不同，換能器輸出的振幅都不同，經(jīng)過(guò)適配不同變比的超聲波變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求。通常換能器的輸出振幅為10—20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀，前后面積比等因素有關(guān)。形狀來(lái)說(shuō)如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對(duì)變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。選用的是不同品牌的焊接機(jī)，最簡(jiǎn)單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定。頻率任何的超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由超聲波換能器（Transducer）、超聲波變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機(jī)械共振頻率所決定。超聲波發(fā)生器的頻率根據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以達(dá)到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個(gè)部份都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長(zhǎng)的諧振體。超聲波發(fā)生器及機(jī)械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍。一般設(shè)定為±0.5KHz，在此范圍內(nèi)焊接機(jī)基本都能正常工作，我們制作每一個(gè)焊頭時(shí)，都會(huì)對(duì)諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1KHZ。20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會(huì)控制在19.90—20.10KHZ，誤差小5‰。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)、焊頭、超聲波變幅桿均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長(zhǎng)諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅最大，應(yīng)力最小，而相當(dāng)于中間位置的節(jié)點(diǎn)振幅為零，應(yīng)力最大。節(jié)點(diǎn)位置一般設(shè)計(jì)為固定位，但通常的固定位設(shè)計(jì)時(shí)厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會(huì)引致一些叫聲和一部分的能量損失，對(duì)于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進(jìn)行屏蔽，能量損失在設(shè)計(jì)振幅參數(shù)時(shí)予以考慮。紋超聲波金屬焊接通常會(huì)在焊接位表面，底座表面設(shè)計(jì)紋，紋設(shè)計(jì)的目地在于防止金屬件的滑動(dòng)，盡可[span]能將能量傳遞到熔接位。紋設(shè)計(jì)一般有方形、菱形、條形紋。黃金手飾等金屬包覆焊頭與底座根椐要求不能設(shè)計(jì)紋路，紋的大小與深淺根據(jù)具體的焊接材料要求來(lái)確定。換能器[span]供金屬焊接裝置使用的換能器和供塑料焊接裝置使用的換能器沒(méi)有很大的區(qū)別，特殊性在于焊接金屬具有更高質(zhì)量的要求，因?yàn)樵诤附咏饘贂r(shí)往往需要很大的瞬間功率，要求換能器有高的功率容量和低的阻抗，不用使用塑料焊接裝置使用的換能器。電源金屬焊接裝置使用的超聲波電源和供塑料焊接裝置使用的超聲波電源沒(méi)有很大的區(qū)別。[span]特殊性在于焊接金屬具有更高的要求，為了滿(mǎn)足金屬焊接的需要，必需使用智能化的超聲波電源--超聲波發(fā)生器。[span]超聲波發(fā)生器具有頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在焊接過(guò)程中機(jī)械裝置或電子元件的工作情況發(fā)生變化會(huì)引起振動(dòng)頻率的改變，[span]超聲波發(fā)生器將跟蹤振動(dòng)系統(tǒng)的頻率，使發(fā)生器和振動(dòng)系統(tǒng)之間一直處于諧振狀態(tài)，頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能夠補(bǔ)償在焊接過(guò)程中出現(xiàn)的工作狀態(tài)改變，使系統(tǒng)重新處于諧振狀態(tài)并保正焊接參數(shù)的穩(wěn)定，重點(diǎn)是振幅的穩(wěn)定，這對(duì)于金屬焊接具有非常重要的意義。精度精度超聲波焊頭因?yàn)楣ぷ饔诟哳l振動(dòng)情況下，應(yīng)盡量保持一個(gè)對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，以避免聲波傳遞的不對(duì)稱(chēng)性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動(dòng)（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞，對(duì)于整個(gè)諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動(dòng)能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應(yīng)用于不同行業(yè)對(duì)加工精度要求是不同的，對(duì)于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對(duì)加工精度的要求非常高，我們所有的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來(lái)的精度符合要求。壽命壽命一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個(gè)方面：一、材料，二、工藝材料方面：超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過(guò)程中機(jī)械損耗?。┖玫奶攸c(diǎn)，所以最常用的材料為鋁合金及鈦合金，但超聲波金屬焊接要求焊頭耐磨損（要求較高的硬度），使材料的選擇變得比較困難，因?yàn)橛捕群晚g性似乎是天生對(duì)立的，這就要求我們選擇非常高要求的材料，我們選擇的優(yōu)質(zhì)鋼材料能夠比較好地解決這個(gè)矛盾，使焊頭的有效壽命盡量地提高。工藝方面:包括有加工工藝及后續(xù)處理工藝，加工工藝在前面已詳細(xì)描述過(guò)，后續(xù)處理包括熱處理及參數(shù)的修整，基于我公司選擇的材料，我們有獨(dú)創(chuàng)的熱處理工藝去保證；在每一個(gè)焊頭制作完成后，單獨(dú)都要進(jìn)行參數(shù)的測(cè)定及調(diào)整，以保證出品。故障分析發(fā)熱過(guò)載嘯叫故障分析發(fā)熱焊頭在工作時(shí)會(huì)有一定的發(fā)熱現(xiàn)象，這是由于材料本身的機(jī)械損耗及焊件發(fā)熱傳導(dǎo)所致。焊頭發(fā)熱是否正常判斷標(biāo)準(zhǔn)為不帶負(fù)載（即不接觸工件）時(shí)，連續(xù)發(fā)射超聲波半小時(shí)以上，溫度不能夠超過(guò)50-70℃，如發(fā)熱厲害，證明焊頭已損壞或材料不合格，需要更換。嘯叫超聲波金屬焊接當(dāng)焊頭工作時(shí)出現(xiàn)嘯叫時(shí)，應(yīng)分析以下原因：①安裝螺絲是否已松動(dòng)②焊頭是否產(chǎn)生裂紋③焊頭是否和不應(yīng)接觸的物件相接觸。過(guò)載當(dāng)發(fā)生器發(fā)出過(guò)載警報(bào)時(shí)，應(yīng)按如下步驟進(jìn)行檢查：①空載測(cè)試，如工作電流正常，則可能是焊頭接觸到不應(yīng)接觸的物件或焊頭與焊座之間的參數(shù)調(diào)節(jié)出現(xiàn)故障。②空載測(cè)試不正常時(shí)，應(yīng)首先觀察焊頭是否有裂紋，安裝是否牢固，然后拆下焊頭再進(jìn)行空載測(cè)試，排除是否是換能器+變幅桿出現(xiàn)問(wèn)題，一步步進(jìn)行排除。排除掉換能器+變幅桿出現(xiàn)故障的可能性后，將新的焊頭拆換以判斷。③有時(shí)會(huì)出現(xiàn)空載測(cè)試正常，而不能正常工作的情況，有可能是焊頭等聲能原件內(nèi)部發(fā)生變化，導(dǎo)致聲能傳遞不暢，這里有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的判斷方法：手觸摸法。正常工作的焊頭或變幅桿表面工作時(shí)振幅是非常均勻的，手