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超聲波金屬焊接基礎(chǔ)知識

文章出處: 人氣：發(fā)表時間：2018-02-17 22:51

強(qiáng)榮超聲波金屬焊接基礎(chǔ)知識
1、原理超聲波金屬焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無火花、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。
2、焊接優(yōu)點(diǎn)：
1）、焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。
2）、焊接后導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低或近乎零。
3）、對焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接。
4）、超聲波塑料焊接機(jī)焊接時間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。
5）、焊接無火花，環(huán)保安全。
3、超聲波金屬焊接適用產(chǎn)品：
1）、鎳氫電池鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片互熔與鎳片互熔。
2）、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片互熔，鋁箔與鋁片互熔
3）、電線互熔，偏結(jié)成一條與多條互熔。
4）、電線與名種電子元件、接點(diǎn)、連接器互熔。
5）、名種家電用品、汽車用品的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔。
6）、電磁開關(guān)、無熔絲開關(guān)等大電流接點(diǎn)，異種金屬片的互熔。
7）、金屬管的封尾、切斷可水、氣密。
4、振幅參數(shù) 振幅對于需要焊接的材料來說是一個關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度，溫度達(dá)不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。因?yàn)槊恳婚g公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正超聲波塑料焊接機(jī)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)，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機(jī)，最簡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。（熔接異常專業(yè)服務(wù)電話13922910948）
5、頻率參數(shù) 任何公司的超聲波焊接機(jī)都有一個中心頻率，例如20KHz、40 KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機(jī)械共振頻率所決定，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)，每一個部份都設(shè)計(jì)成一個半波長的諧振體。發(fā)生器及機(jī)械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5 KHz，在此范圍內(nèi)焊接機(jī)基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10 KHz，誤差為5‰。
6、節(jié)點(diǎn) 焊頭、變幅桿均被設(shè)計(jì)為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個端面的振幅最大，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，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對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)時予以考慮。
7、網(wǎng)紋超聲波金屬焊接通常會在焊接位表面，底座表面設(shè)計(jì)網(wǎng)紋，網(wǎng)紋設(shè)計(jì)的目地在于防止金屬件的滑動，盡可能將能量傳遞到熔接位。網(wǎng)紋設(shè)計(jì)一般有方形、菱形、條形網(wǎng)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，網(wǎng)紋的大小與深淺根據(jù)具體的焊接材料要求來確定。
8、加工精度超聲波焊頭因?yàn)楣ぷ饔诟哳l振動情況下，應(yīng)盡量保持一個對稱設(shè)計(jì)，以避免聲波傳遞的不對稱性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應(yīng)用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對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的精度符合要求。
9、使用壽命一只焊頭的使用壽命關(guān)鍵決定于兩個方面：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)鋼村料能夠比較好地解決這個矛盾，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，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；在每一個焊頭制作完成后，單獨(dú)都要進(jìn)行參數(shù)的測定及調(diào)整，以保證出品。
10、金屬相熔性上圖互熔性謹(jǐn)供參考，具體應(yīng)以實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)二、故障分析
發(fā)熱焊頭在工作時會有一定的發(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，連續(xù)發(fā)射超聲波半小時以上，溫度不能夠超過50-70℃，如發(fā)熱歷害，證明焊頭已損壞或材料不合格，需要更換。2．嘯叫當(dāng)焊頭工作時出現(xiàn)嘯叫時，應(yīng)分析以下原因：① 安裝螺絲是否已松動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。過載當(dāng)發(fā)生器發(fā)出過載警報時，應(yīng)按如下步驟進(jìn)行檢查：① 空載測試，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 空載測試不正常時，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)行空載測試，排除是否是換能器＋變幅桿出現(xiàn)問題，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 有時會出現(xiàn)空載測試正常，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，這里有一個比較簡單的判斷方法：手觸摸法。正常工作的焊頭或變幅桿表面工作時振幅是非常均勻的，手摸上去是絲絨般的順滑，當(dāng)聲能傳遞不暢時，用手摸上去會有氣泡或毛刺的感覺，這時就要采用排除法去排除有問題的部件。發(fā)生器不正常時，也能產(chǎn)生同樣的情況，因?yàn)檎碚f檢測換能器輸入波形時應(yīng)為順滑的正弦波，當(dāng)正弦波上有尖峰或不正常波形時也能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，這時可以用另外一整枝聲能元件替換以判別