功率超声在金属焊接中的应用进展情况分析.docVIP

PAGE PAGE 1 功率超声在金属焊接中的应用进展情况分析 　　摘要：本文作者根据多年来的工作经验，对功率超声在金属焊接中的应用进展情况进行了分析，具有一定的参考意义。 　　关键词：功率超声；金属焊接；应用 　　中图分类号：TK226+.2文献标识码：A文章编号： 　　0.引言 　　超声焊接是功率超声理论和技术在金属和塑料焊接上的应用，功率超声理论和技术的发展促进了超声焊接技术的发展。超声焊接分为超声金属焊接和超声塑料焊接。超声波金属焊接和塑料焊接由于所焊接的材料的不同，它们的功能和原理略有不同，但是他们的基本设备还是相同的，具有超声波发生器和换能器振动系统。本课题研究的是金属超声焊接。 　　1功率超声施振系统构成简介 　　用于超声金属焊接的超声施振装置一般由超声波发生器、换能器、变幅杆和工具头等组成。产生功率超声的方法主要有两种，一种是利用电声换能器产生，另一种是利用流体动力来产生，在金属焊接领域中，常用的是电声型换能器功率超声产生系统。 　　超声波发生器又叫超声电源，它的作用是将工频交流电转换为超声频电振荡信号，以供给工具头端面往复振动的能量。换能器的作用是将高频电振荡信号转换成机械振动。根据其转换原理不同，有磁致伸缩式和压电式两种。目前功率超声中应用最广的是能量转换效率更高的压电换能器，尤其是夹心式纵向压电换能器。超声波变幅杆又称为超声变速杆或超声聚能器，其作用是放大换能器所获得的超声振幅，以满足超声作用的需要。 　　2直接超声波焊接 　　2.1原理及特点 　　直接超声波焊接是通过声学系统的高频弹性振动以及在工件间静压力的夹持作用下实现焊件之间的连接，其原理如图1所示。它由超声电源、换能器、变幅杆和焊头(又名上声极或劈刀)组成。换能器将超声电源提供的超声频电能转换为纵向高频振动，通过变幅杆将位移振幅放大传给焊头，焊头在受压下在焊件表面作强烈的超声振动。这时两被焊件在垂直压力下作高频摩擦，使粗糙表面剪切变形，产生温升和塑性流动，同时去除和分散表面氧化膜，最终使得两表面紧密接触而连接。 　　此种焊接过程中没有电流直接流进焊件，也没有高温热源(如电弧、电子束等)注入焊件。这种焊接是通过被焊区域表层金属原子的互相扩散或互相接近状态下进行的固相结合，因此是一种固态连接。研究表明，摩擦、塑性流动以及温度是实现超声焊接的三个互为依赖的主要因素，其中摩擦起主导作用，它不仅是焊接中的主热源，而且通过排除氧化膜为纯净金属表面间接触创造了条件。 　　塑性变形的难易直接决定材料超声焊接的难易。因此材料的硬度和屈服强度在超声焊接中起重要作用，强度和硬度越大越难焊接。图2显示各种金属材料的超声可焊性，可焊接的金属列在图的上部，从Al到Zr，同种材料或它们的合金沿对角线列出，由该图可看出，除Ge和Si外，绝大多数材料可以和它们本身或合金焊接。从图中可知，铝具有优异的焊接性，可以与列出的所有材料焊接，易焊金属还包括铜合金和稀有金属(金、银、铂)。另一方面，铁及其合金、高温金属(如Mo和W)，尽管可与一些材料焊接，但仅限于材料很薄的情况。 　　2.2焊接类型 　　点焊：其装置如图1所示。点焊的面积决定于被焊件材料、厚度和焊机功率。在焊接不同厚度的组合焊件时，功率超声应从比较薄的焊件一方导入，焊接参数也是根据薄焊件的厚度来确定的。 　　缝焊：焊接工具头为圆盘形，整个换能器振动系统在焊接过程中可以连续滚动，所以又叫滚焊。这种设备广泛用于金属箔材或薄金属带的连接。 　　环焊：它利用特殊设计的变幅杆和工具头将扭转振动施加到焊件上来完成超声焊接，焊缝为圆形。扭转振动容易得到较大的位移振幅，常用于金属壳如晶体管壳的封装。 　　对焊：用功率超声把焊件从端口对接起来的一种焊接方法，是近年来新开发的一种方法。 　　2.3应用 　　直接超声金属焊接的实际应用优势正为很多行业所认识，对它的研究与应用也日益深入。目前，直接超声金属焊接最主要的用途是在电子和汽车等领域，下面仅举几例。 　　连接所有电器部件的导电线束是汽车正常运行的命脉。传统线束采用压接方式，汽车奔跑于复杂路况或经长期使用，压接端子易产生物理及机械性能退化而松散甚至脱落，导致汽车线路失效，甚至造成短路而引发火灾。超声焊接可使导线间实现牢靠的焊接，其焊点具有比原材更好的拉伸及抗撕裂能力，因而成为汽车制造业广泛使用的技术。 　　3间接超声波焊接 　　3.1熔化焊 　　长期研究表明，功率超声作为一种外场导入凝固金属中对细化凝固组织、防止偏析、去除夹杂和气体等都有明显的作用。 　　与铸造过程中引入功率超声相似，在电弧焊和电渣焊中引入功率超声，可细化焊区组织，使形成热裂纹倾向大大降低，对特种钢焊缝金属的耐蚀性有良好的影响。再者，功率超声的弥散作用提高了元素的相互溶解度，使得可以将难熔的固体微粒加到熔化金属中去，也