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超声波金属焊接机的由来

2018-07-19 17:39:05 德召尼克焊接 阅读

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超声波金属焊接机由来

超声波金属焊接机英文注释:Ultrasonic metal welding machine,超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。当时在作电流点焊电极加超声振动试验时,发现不通电流也能焊接上,因而发展了超声金属冷焊技术。超声波焊接虽然发现较早,但是到目前为止,其作用机理还不是很清楚。它类似于摩擦焊,但有区别,超声焊接时间很短,温度低于再结晶;它与压力焊也不相同,因为所加的静压力比压力焊小的多。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动除去金属表面的氧化物,并使粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。焊接时间过长,或超声波振幅过大会使焊接强度下降,甚至破坏。


超声波金属焊接机原理

超声波金属焊接是利用额每秒钟数万次的高频振动波传递到两个需焊接的金属工件表面,再施以一定的压力,使金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合,达到焊接的目的。


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超声波金属焊接机技术要求

超声波金属焊接机和超声波塑料焊接机到底有哪些不同呢?

1. 首先,工作方式不一样。通常,超声波塑料焊接中焊头振动方向垂直于焊位,超声波金属焊接中焊头振动方向平行于焊位。有些特殊情况下,塑料焊也可采用平行方向,如较薄的塑料件。

2. 其次,由于超声波应用于焊接金属,对超声波焊接技术提出了更高的要求;相对于普通的塑料焊接,对功率容量、功率密度、稳定性及自动化控制等各个方面的要求,不是同一个级别。现国内超声波塑料焊接用发生器基本都采用自激式电路,典型代表为:8400、8700全桥电路及台湾机器常用的半桥电路,显著特点为有个调谐电感。如果将现有的用于塑料焊接的成熟技术直接转嫁到金属焊上,其技术上的先天不足,将导致产品的不稳定使用;其唯一的优势就是价格便宜,但对于金属焊本身的高要求,这点优势是很苍白的。


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1. 高功率容量、稳定的超声波发生器: 稳定的超声波发生器首先要求为:频率自动跟踪。频率自动跟踪能保证换能器系统能工作在谐振状态,即焊头振幅的最大化。采用频率自动跟踪技术,更换模具及工作时无须调频,才是用于金属焊的基本要求。有可调电感手动调频率的设备,基本都满足不了要求。

稳定的超声波发生器还要要求:恒振幅功能及振幅的无级可调。恒振幅功能,它能保证焊接的一致性,为稳定生产的关键;振幅的无级可调是保障设备用途的基本,例如在同一设备上通过参数调整既能焊铜,也能焊铝材料。    

高功率容量:金属焊相对于塑料焊,要求高的能量密度,必然有相对高的功率容量,如20kHz的机器,基本上要求3000W以上的功率容量。很多公司对于功率容量经常出现虚假标称,那我们只需和他们所做的塑料焊机比较一下即可,因为塑料焊机标称太高是无人信的。

2. 高品质焊头:金属焊作为工业用途,必然要求高寿命的焊头。    

3.高品质换能器:如20kHz的换能器,必须能长期承受3kw以上负载。很多公司的换能器,用普通塑料焊的换能器,外观上很难分辨,这是不负责任的做法。    

4.优质控制系统:具有焊接能量、时间、高度三种基本控制模式,多种质控软件满足不同需求。


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超声波金属焊接机特点和优缺点:

特点:

(1)、两被焊接物体重叠,经超声振动加压接合成固态形式,接合时间短,且接合部分不产生铸造组织(粗糙面)缺陷。

(2)、超声焊与电阻焊方法比较,模具寿命长,模具整修与替换时间少,而且易于实现自动化。

(3)、同种金属不同种金属之间均可以进行超声焊接,与电气焊相比耗费能量少得多。

(4)、超声焊与其他压焊相比,要求压力较小,且变型量在10%以下,而冷压焊其工件变形量达40%-90%。

(5)、超声焊接不像其他焊接那样要求进行被焊表面的预处理及焊后的后处理。

(6)、处理超声焊接无需助焊剂、金属填料、外部加热等外部因素。

(7)、超声焊接可以使材料的温度效应降到最低(焊区的温度不超过被焊金属绝对熔化温度的50%),从而不使金属结构变化,因此很适合电子领域中的焊接应用。


优点:

熔合强度高;

接近冷态加工、工件不退火、无氧化痕迹;

焊接后导电性好,电阻系数极低或近乎零;

对焊接金属表面要求低,氧化或电镀均可焊接;

焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料。

焊接无火花,环保安全。

缺点:是所焊接金属件不能太厚,焊点不能太大,需要加压。


超声波金属焊接机应用:

适用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼、不銹钢等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等材料实施瞬间焊接,总厚度可达2-4mm。


超声波金属焊接的应用举例:

镍氢电池镍网与镍片互熔。 锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔,铝箔与铝片互熔。 电线互熔,偏结成一条与多条互熔,线束焊接。 电线与各种电子元件、接点、连接器互熔。 各种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。 电子元器件引线、继电器、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点,异种金属片的互熔。 金属管的封尾、切断可水、气密。


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