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超聲波金屬焊接機的由來

超聲波金屬焊接機由來

超聲波金屬焊接機英文注釋：Ultrasonic metal welding machine，超聲波金屬焊接是19世紀30年代偶然發現的。當時在作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。超聲波焊接雖然發現較早，但是到目前為止，其作用機理還不是很清楚。大多數焊接方法都可用于異種金屬的焊接，但在選擇焊接方法及制定工藝措施時，仍應考慮異種金屬焊接時的特點。它類似于摩擦焊，但有區別，超聲焊接時間很短，溫度低于再結晶；它與壓力焊也不相同，因為所加的靜壓力比壓力焊小的多。一般認為在超聲波焊接過程中的初始階段，切向振動除去金屬表面的氧化物，并使粗糙表面的突出部分產生反復的微焊和破壞的過程而使接觸面積增大，同時使焊區溫度升高，在焊件交界面產生塑性變形。這樣在接觸壓力的作用下，相互接近到原子引力能夠發生作用的距離時，即形成焊點。焊接時間過長，或超聲波振幅過大會使焊接強度下降，甚至破壞。

超聲波金屬焊接機原理

超聲波金屬焊接是利用額每秒鐘數萬次的高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬工件表面，再施以一定的壓力，使金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，達到焊接的目的。

臺州市錦亞機械制造有限公司是一家專業生產塑料線性振動摩擦焊接機，熱鉚焊接機，熱板焊接機，多頭非標型超聲波塑料焊接機，以及非標準設備、自動化設備、治具等研發、設計、制造及銷售為一體的技術服務性實體公司。

?不同焊接方法焊接異種金屬時的特點

大多數焊接方法都可用于異種金屬的焊接，但在選擇焊接方法及制定工藝措施時，仍應考慮異種金屬焊接時的特點。根據母材和焊接接頭不同的要求，熔焊、壓焊及其他焊接方法在異種金屬焊接中都有所應用，但也都各有其優缺點。

1.熔焊

異種金屬焊接中應用較多的是熔焊方法，常用的熔焊方法有焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。而塑料件處于熔融狀態的時候會比較軟，這樣就會使傳導能力減弱，分子間的摩擦變弱，超聲波的能量就很短的時間內就會停止。為了減少稀釋，降低熔合比或控制不同金屬母材的熔化量，通常可選用熱源能量密度較高的電子束焊、激光焊等離子弧焊等方法。

為了減小熔深，可以采取間接電弧、擺動焊絲、帶狀電極、附加不通電焊絲等工藝措施。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。但無論如何，只要是熔焊，總有部分母材熔入焊縫而引起稀釋，另外，還會形成諸如金屬間化合物、共晶體等。為了減輕這類不利影響，必須控制和縮短金屬在液態或高溫固態下的停留時間。

然而，盡管熔焊方法和工藝措施不斷改進和完善，卻仍然難以解決所有異種金屬焊接時的問題，因為金屬種類繁多，性能要求又多種多樣，接頭形式又各不相同，許多情況下還需要采用壓焊或其他的焊接方法來解決特定的異種金屬接頭的焊接問題。

2.壓焊

大多數壓焊方法都只將被焊金屬加熱至塑性狀態或甚至不加熱，而以施加一定的壓力為基本特征。與熔焊相比，在焊接異種金屬接頭時壓焊具有一定的優越性，只要接頭形式允許，焊接質量又能滿足要求，采用壓焊往往是比較合理的選擇。

壓焊時，異種金屬交界表面可以熔化，也可以不熔化，但由于有壓力的作用，即使表面有熔化金屬存在，也會被擠壓而排出（如閃光焊和摩擦焊），只有少數情況下壓焊后還保留了曾經熔化的金屬（如點焊）。

壓焊由于不加熱或加熱溫度低，可以減輕或避免熱循環對母材金屬性能的不利影響，防止產生脆性的金屬間化合物。某些形式的壓焊甚至能將已產生的金屬間化合物從接頭中擠壓出去。此外，壓焊時也不存在因稀釋而引起的焊縫金屬性能變化問題。

不過，大多數壓焊方法對接頭形式是有一定要求的，例如點焊、縫焊、超聲波焊必須用搭接接頭；摩擦焊時至少有一個工件必須具有旋轉體的截面。壓焊設備目前也還不普及。這些無疑地都限制了壓焊的應用范圍。

3.其他

除熔焊和壓焊外，還有一些可以用于異種金屬焊接的方法。例如釬焊就是釬料與母材之間的異種金屬焊接方法，不過這里所討論的則是較特殊的釬焊方法。

有一種方法稱作熔焊——釬焊，即對異種金屬接頭中低熔點母材一側為熔焊，對高熔點母材—側為釬焊。而且通常是以低熔點母材相同的金屬為釬料。針對不同的焊接產品（材料）和焊接效果（成點或成線），都需要專門的焊接工藝與之對應。因此，釬料與低熔點母材之間就是同種金屬的熔焊過程，不存在特殊困難。釬料與高熔點母材之間則是釬焊過程，母材不發生熔化、結晶，可以避免許多焊接性方面的問題，但要求釬料對母材能良好潤濕。

另一種方法稱作共晶釬焊或共晶擴散釬焊。這是將異種金屬接觸表面加熱到一定溫度，使兩種金屬在接觸表面處形成低熔點的共晶體，該低熔點共晶體在此溫度下呈液態，實質上成了一種不用外加釬料的釬焊方法。

當然，這要求兩種金屬之間能夠形成低熔點的共晶體。拆前應排隊周邊的故障因素，確定為機內故障后才能拆卸，否則，盲目拆卸，可能將設備越修越壞。異種金屬擴散焊時加入中間層材料，在很低壓力下加熱使中間層材料熔化，或與被焊金屬接觸形成低熔點共晶體，此時形成的薄層液體，經一定時間的保溫過程，使中間層材料全部擴散到母材中并均勻化，就能形成沒有中間材料的異種金屬接頭。

這類方法在焊接過程中都會出現少量液態金屬。因而又被稱作液相過渡焊，他們的共同特點就是接頭中不存在鑄造組織。

2.1 換能器

通過逆壓電效應將來自于發生器的超聲頻電壓轉化為同頻率的超聲機械振動。它由夾于兩金屬（通常是鈦）塊之間的若干壓電陶瓷片組成。轉換器將電能轉換成用于超聲波的機械振動能，調壓裝置負責傳輸轉變后的機械能至超聲波焊接機的焊頭。片與片之間有一薄金屬板形成電極。在正弦電信號經由電極提供給換能器時，壓電片膨脹和收縮，產生 15~20 μm 的軸向峰到峰運動。換能器是精密設備，應小心處理。

2.2 變幅桿

變幅桿有兩個作用。其主要作用是放大換能器端部產生的機械振動并將振動傳給焊頭。根據等強度的觀點，選擇滿足母材力學性能的焊條，或結合母材的可焊性，改用非等強度而焊接性好的焊條，但考慮焊縫的結構形式，以滿足等強度、等剛度要求。另一作用是提供固定套件于焊接壓力機上的位置。在換能器施加超聲能量時，變幅桿也膨脹和收縮。與焊接套件中的其它零件一樣，變幅桿是調諧裝置，因而它也必須在特定頻率共振以便將超聲能量從換能器傳至焊頭。為了有效地發揮作用，變幅桿必須是超聲波在其制造材質中的半波長或半波長的整數倍。一般為半波長。

2.3 焊頭

焊頭是焊接套件中向待焊零件提供能量的部分。與變幅桿一樣，焊頭也是調諧裝置，在大部分應用中也提供機械放大，焊頭的長度必須是超聲波在其制造材質中的半波長或半波長

的整數倍。這保證焊頭端部有足夠的振幅實現焊接。振幅一般為 30~120 μm。支撐工裝是為防止下部零件在超聲波作用時發生移動專門設計的，它通常加工成緊密匹配零件表面輪廓的形狀。待焊零件和接頭設計決定焊頭的尺寸和式樣。焊頭的形狀至關重要，因為焊頭的軸向膨脹和收縮產生的應力會在高振幅情況下造成開裂。在某些應用中，焊頭加工有多個軸向狹槽。這是為了確保振幅位于縱向。焊頭端部將超聲能量傳給待焊零件。端部應專門設計以匹配零件來確保焊頭和零件之間實現能量傳遞。通常焊頭端部做成匹配零件輪廓的型材。

為防止產生壓痕和減少磨損，鋁必須鍍鎳或鉻。在需耐沖擊或耐磨以及焊接填充塑料或者埋植金屬嵌件時，需用鋼焊頭。因此，當物體的振動超過一定的頻率，即高于人耳聽閾上限時，人們便聽不出來了，這樣的聲波稱為“超聲波”。鋼焊頭疲勞強度低，只用于低振幅場合。復雜零件、特型的或大尺寸零件通常需要復合式焊頭（子母焊頭），這時基底焊頭采用鋁質，鈦或鋼次級焊頭與基底焊頭相連并引導能量。臺州市錦亞機械制造有限公司是一家專業生產塑料線性振動摩擦焊接機，熱鉚焊接機，熱板焊接機，多頭非標型超聲波塑料焊接機，以及非標準設備、自動化設備、治具等研發、設計、制造及銷售為一體的技術服務性實體公司。