超聲波金屬焊接原理及其常見應用

2021-04-09 16:30

作為繼超聲波塑料焊接之后又一新興的超聲波焊接方法-超聲波金屬焊接技術，在同種、異種金屬的焊接方面有著其他焊接方法無法比擬的優點。超聲波金屬焊接不需要焊劑和外加熱源，不因為受熱而變形，沒有殘余應力，對焊件表面的焊前處理要求不高。不但可以焊接同類金屬，對異類金屬也能夠完成較高的焊接要求，并且可以將薄片或細絲焊接在厚板上。超聲波焊接良導電體所消耗的能量比電流焊接少得多，超聲波邦定作為超聲波金屬焊接的一種小功率應用，常用于晶體管或集成電路引線的焊接。用于藥物和易爆材料的密封焊時，能避免一般的焊接方式因有溶解物等造成對藥品的污染，不會因受熱或產生火花而引發爆炸。超聲波金屬焊接有著快速、節能、接合強度高、導電性好、無火花、固態加工等諸多優點。

超聲波金屬焊接是在19 世紀 30 年代偶然發現的。當時在做電流點焊電極加超聲振動試驗時，發現不通電流也能焊接上，因而發展了超聲金屬冷焊技術。

超聲波金屬焊接原理：

超聲波金屬焊接過程主要為待焊工件的界面之間在焊接壓力作用下發生高頻率的機械振動，進而產生剪切力，并且在摩擦過程中產熱，引發塑性變形，從而使工件達到固相連接的狀態。超聲波金屬焊接原理如圖1所示。超聲波發生器將 50Hz的工頻電流轉變為16～80 kHz的諧振電流，通過逆壓電效應將諧振電流傳遞給超聲波換能器，轉換成彈性的機械能，再通過變幅桿將振幅放大，最終將彈性振動能量由上聲極傳遞給工件。聲學系統即為換能器、變幅桿、上聲極和夾持機構所構成的整體。在系統進行工作時，發生器中的震蕩電流頻率與聲學系統的自振頻率一致，整個系統處于諧振狀態。在對工件施加壓力的同時也傳遞彈性振動能量，最終轉化為上下工件之間的摩擦功、變形能和熱能，可以使其在短時間內達到焊接狀態。

超聲波金屬焊接優點：

超聲波金屬焊接是一項全新的技術，對其研究和應用還處于發展階段，但毋庸置疑的是，它在很多方面都優越于傳統的焊接技術，具體表現為以下幾個方面。
1，壓力小、能耗低
超聲波金屬焊接不同于傳統焊接的最大優點是其壓力小且能耗低，這在很大程度上節約了能量成本，并且其還能將不同種類的金屬材料焊接在一起，突破了原本受技術限制而不能實現異種金屬焊接的瓶頸。另外，在金屬零件快速成形的過程中，其可以埋入一些功能器件來實現智能金屬基復合材料，這是傳統焊接技術所不能達到的。
2，速度快、穩定性高
超聲波金屬焊接可以通過使用點焊和連續焊，來保證焊接速度的提升，它不但能將不同物理性能的材料焊接完好，還能應用于其他技術不能達到的厚薄相差懸殊以及多層金屬片之間的焊接。由于其焊點強度非常高，導致其具有很好的穩定性。
3 ，程序簡便、精度高
超聲波金屬焊接技術在焊接過程中只需簡潔的程序就能保障焊接成品的質量，其程序的簡便之處體現在以下幾點：首先，無需采用水冷和氣體的保護，省去了對焊接成品的退熱處理過程；其次，不用焊條，焊接的金屬不被直接加熱，減少能源損耗，避免加熱的麻煩；最后，不需要添加焊劑，省去后期對成品的清潔處理以及環保處理。超聲波金屬焊接還使用了一種功率電子線路，能夠通過電氣控制達到高密度的焊接。

超聲波金屬焊接的應用：

目前超聲波金屬焊接主要有四個方面的應用：點焊、滾焊、線束和封管，廣泛應用于：汽車、制冷、太陽能、電池、電子等各個領域。
目前超聲波金屬焊接的具體應用主要有：
1、動力電池多層正、負極焊接；鎳氫電池鎳網與鎳片焊接；
2、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片焊接；鋁箔與鋁片焊接；鋁片與鎳片焊接；
3、汽車線束；電線成型；電線互焊；多條電線互焊成線結；銅、鋁線轉換電線、電纜與各種電子元件、接點、連接器、端子焊接；
4、太陽能電池、平板太陽能吸熱板、鋁塑復合管滾焊、銅、鋁板拼接；
5、電磁開關、無熔絲開關等大電流接點、觸點、異種金屬片的焊接；
6、冰箱、空調等行業銅管封尾；真空器件銅、鋁管焊接等。

超聲波金屬焊接是一種新興的特種加工技術，它在很多方面都優越于傳統焊接技術，并且在各領域內都有著廣泛的應用。這種先進的焊接技術不僅是科技進步的重要體現，同時也為人類社會發展做出了重大貢獻。

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