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超声波金属焊接

超声波金属焊接

超声波焊接机是如何工作的?

超声波焊接原理是通过超声波发生器将50/60赫兹工频电转换成20千赫兹以上电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械振动,随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将振动能量传递到待焊接工件的接合部,在该区域,振动能量被通过摩擦方式转换成机械能和热能,使需加工的工件焊接好。超声波不仅可以被 用来焊接硬热塑性塑料,还可以用来焊接金属。

  超声波焊接塑料时一般采用焊接振动方向和工件垂直的方式,对于某些较薄的塑料件,也可采用焊头振动方向和工件平行的方式。超声波焊接金属时,采用焊头振动方向和工件平行的方式。

  由于振动在金属中传播有各种振动模式:纵向振动、径向振动、弯曲振动、扭转振动,所以可根据所焊进行综合分析采用何种振动模式,在确定振动模式的基础上进行加压机构及机架的设计。

  一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器,换能器/调幅器/焊头三联组,模具和机架,机架的主要作用为固定及形成加压机构。

  超声波塑料焊的原理已有大量介绍,在这主要介绍一下超声波金属焊接机原理:

  超声波金属焊接工艺是介于冷压焊和摩擦焊之间的一种工艺,其利用的是高频机械振动产生的高密度能量。超声波金属焊接的焊头机械振动平行于工件表面。焊接时,静压力通过焊头垂直作用在焊接表面上,同时叠加着高频振动的剪切力,当剪切力超过材料弹性极限时,工件接触表面部分地区开始发生滑移,这个剪切力在焊接过程中以每秒钟几万次的频率不断地改变方向,破碎并清除工件表面的,纯净金属表面开始呈多点状接触,随着高频振动的延续,纯净金属接触面积不断扩大,直到扩展为整个焊接区,与此同时在接触面上发生原子扩散,金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属冷变形的特性。

 

超声波金属焊接技术(原理)

  超声波焊接是利用超声波(频率超过20KHz)的机械振动能量,连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等的特殊焊接方法。

  超声波金属焊接是一种快递、清洁、经济的技术,被广泛应用于各种自动化行业。

  超声波金属焊接工艺是介于冷压焊和摩擦焊之间的一种工艺,其利用的是高频机械振动产生的高密度能量。超声波金属焊接的焊头机械振动平行于工件表面。焊接时,静压力通过焊头垂直作用在焊接表面上,同时叠加着高频振动的剪切力,当剪切力超过材料弹性极限时,工件接触表面部分地区开始发生滑移,这个剪切力在焊接过程中以每秒钟几万次的频率不断地改变方向,破碎并清除工件表面的,纯净金属表面开始呈多点状接触,随着高频振动的延续,纯净金属接触面积不断扩大,直到扩展为整个焊接区,与此同时在接触面上发生原子扩散,金属再结晶生成细晶粒组织结构并且呈现金属冷变形的特性。

超声波金属焊接优点:

1、 焊接材料不熔融,不脆弱金属特性。

2、 焊接后导电、导热性好,电阻系数极低或近乎零。

3、 对焊接金属表面要求低、氧化或电镀均可焊接。

4、 焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料。

5、 易实现异种金属之间的连接及自动化控制。

6、 焊接无火花,快速且环保安全。

超声波金属焊接适用产品:

1、 动力电池多层正、负极焊接;镍氢电池镍网与镍片焊接。

2、 锂电池、聚合物电池铜箔与镍片焊接;铝箔与铝片焊接;铝片与镍片焊接。

3、 汽车线束;电线头成型;电线互焊;多条电线互焊成线结;铜、铝线转换。

4、 电线、电缆与各种电子元件、接点、连接器、疯子焊接。

5、 太阳能电池、平板太阳能吸热板、铝塑复合管滚焊,铜、铝板拼接。

6、 电磁开关、无熔丝开关等大电流接点、触点、异种金属片的焊接。

7、 冰箱、空调等行业钢管封尾;真空器件铜、铝管封切可水、气密。

  

  一、超声波焊的种类

常见的超声波金属焊按频率可分为:高频(50K赫兹以上)、中频(30-40K赫兹)、低频(20K赫兹)。像我们所接触到的帮定机就属于高频,但高频机功率容量小,焊接厚度薄。所以我们一般所讲超声波金属焊接机所指为中频和低频。

   1、点焊

   点焊机的振动系统可根据声极振动状况分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及扭转振动系统。对于扭转振动系统,一般用于环焊。大多数都采用纵向振动系统。

   2、滚焊

   滚焊一般采用的是弯曲振动系统,根据焊盘直径确定需几个波长。

超声波金属滚焊机目前用途:用于太阳能电池、平板太阳能吸热板、铝塑复合管滚焊,铜、铝板拼接。

   3、线束

   线束焊目前应用领域:汽车线束;电线头成型;电线互焊;多条电线互焊成线结;铜、铝线转换

   4、封切

   超声波封管机:用于冰箱、空调等行业钢管封尾;真空器件铜、铝管封切。

 

金属超声波焊的一个主要缺点是焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增,因而只限用于丝、箔、片等薄件。此外,虽然近年来已发明了超声波对焊方法,但绝大多数情况下超声波焊只适用于搭接接头。

 

安全气囊超声波焊接要领

安全气囊超声波焊接是指在汽车安全气囊时钟弹簧中的连接器焊接,一种是薄型电缆焊接,另一种是电线焊接。

如何保证焊接的一致性和安全性?如何焊接0.03mm-0.2mm厚电缆?对于0.5或者0.75平方的电线如何焊好?有的公司对电线采用先成型,再焊接工艺,是否好?焊纹何种好?对于塑料件和焊头的干涉问题,如何解决?

作为国内超声波金属焊接技术的领导者,我们通过成熟的产品和专业知识,针对各种客户的专业应用领域,为客户提供最佳的解决实施方案。

 

 

1、 对于焊铜、镍等材料时,就必须选择专业超声波金属点焊机。用塑料焊电路改成的金属焊机对于打样过程都还是能够应付的,但真要批量生产,那大把的问题就来了,首要的就是生产稳定性。

2、 针对不同的焊件和材料,振幅是关键,纹路等是重要细节。超声波焊接对振幅要求像一把双刃剑,过小焊不上,过大会损坏,这直接要求焊机必须有振幅连续可调功能,有些公司会刻意回避此要求,是因为他们做不到。

3、 超声波焊接里最好的控制方式是能量控制模式,即控制每次焊接的能耗。如果一台设备没有能量控制模式,只能是低端产品,对品质控制不好。

4、 焊头模式选择:焊头分分体焊头和整体焊头两种。分体焊头多被AMTECH使用,其唯一优点是更换成本低,其他全是技术上的缺点了,如两种材质声速的不同造成的发热等。从技术角度出发,一体焊头有不可比的优势。另外就是焊头品质:焊头品质和材质及工艺等各个方面相关,我们的焊头在用户那儿就是和德国及美国焊头比较的,具有同样的使用寿命。虚假的焊头使用寿命在国内的其他厂家中非常流行。

5、 结构问题:其中最重要的是焊头和二极杆的固定方式,金属焊一般都会面临较大的压力,而且是侧向的。这就要求焊头和二级杆的固定方式必须是硬固定方式。何谓硬固定方式,即固定位是金属对金属收紧,相对应的是塑料焊里的固定环里垫的是胶圈或尼龙垫片做缓冲,这种方法用在金属焊里相当于自杀:没有限位。

6、 压力控制机构:好的焊机必须有好的压力控制机构,电气比例阀或精密调压阀是带反馈的气压控制阀,能较好的控制稳定气压。

7、 功率标称:按国际通行超声波金属焊接机来说,20K机器功率容量必须在3KW以上。国内其他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。另外,现国内其他公司的换能器基本为采购,代表供应商为:杭州成功超声,我们只需上其网站上就可查到,其20khz的换能器最大输入功率为2000W

8、 焊接层数:由于电池的多层数结构,每层之间易产生层间滑移,所以根据超声波摩擦的原理,网纹设计深度基本要达到或超过材料厚度,这就形成了对较厚的材料必须做较大较深的纹路;同时根据超声波焊接进需克服材料的屈服强度,所以铜箔会被按照纹路形状成型,如纹路大,表面的铜或铝成型时造成的机械拉伸就会大,这也是对较多层焊接时表面几层易断裂的原因。所以超声波焊接对于层数的选择是有局限的。另外:超声波在材料中的衰减是另一个需考虑的问题,材料越厚,考虑衰减后,就需加大振幅,这就极易形成和焊头接触材料的过焊,表象为发黑及发热严重。

9、 对于国内某些公司所推出的双头机器,纯属噱头及炒作。我们只需问一个问题:为何欧美技术这么先进,他们不推出类似产品?双头机器推出理由为:1.功率增大;2.焊的层数增加。对于第一个理由,实际这些公司单台点焊机就达不到他们所标称的功率;对于第二个理由,基于的技术理由就是上面所讲的衰减问题,但他们都回避了另一个问题:超声波既然是摩擦焊接,基于的是相对摩擦,这就在技术上要求两个焊头在工作时绝对反向,试问他们做得到吗?焊头及整只声能元件必然存在频偏,如发生器是自动跟踪的,那两套系统不可能做到反向,除非用二套串联控制的系统,试问他们做了吗?如发生器不是自动跟踪的,试问靠手动调谐能达到?纯属笑话。所以说这种产品纯属噱头及炒作。