超声波金属焊接
超声波金属焊接机
超声波金属焊接机超声波金属焊接机就是应用超声波金属点焊技术，分超声波金属点焊机、超声波金属线束焊接机、超声波金属管封尾机、超声波金属滚焊机，把超声波金属焊技术改为四种不同的超声波金属焊工艺。
[在此主要介绍超声波金属点焊机]超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。
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，切向振动出去金属表面的氧化物，并是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。
超声波金属焊接机工作原理把高频电能通过超声波换能器转换成机械振动能，直接传导到超声波金属焊接机焊头上，作用于两个需要焊接的金属表面并产生高频摩擦，在加压的情况下，使两个金属表面相互主频摩擦造成生热凝聚而熔接。
能对铜裸露线进行并线焊接，超声波焊接过程是一个机械过程，无电流通过工件，无熔化出现。
其电性能和热性能是其他工艺所达不到的。
因此对有色金属材料来说，无疑是一种理想的金属焊接系统。
特别是铝、镍、铜、银等细、薄材料进行单点、多点、方形、条形、单层、多层、复合焊接起到理想效果。
其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工，也在于超声焊接消耗低、寿命长、劳动强度低。
超声波金属焊接机焊接阶段（1）振动摩擦阶段：超声波金属焊接的第一个过程主要是摩擦过程，其相对摩擦速度与摩擦焊相近，只是振幅仅仅为几十微米。
这一过程的主要作用是排除焊件表面的油污、氧化物等杂质，使纯将的金属表面暴露出来。
焊接时，由于上声极的超声波振动，使其与上焊件之间产生摩擦而造成暂时的连接，然后通过它们直接将超声波振动能传递到焊件间的接触表面上，在此产生剧烈的相对摩擦，由初期个别凸点之间的摩擦逐渐扩大到面摩擦，同时破坏、排挤和分散表面的氧化膜及其他附着物。
超声波焊接
超声波焊接超声波焊接是一种应用超声波技术进行焊接的方法，它具有高效、可靠、环保等特点，广泛应用于工业生产中。
本文将从超声波焊接的原理、设备、应用领域以及优势等方面进行介绍。
超声波焊接是利用超声波振动产生的能量实现焊接材料的熔接。
超声波是一种频率超过人耳能听到的声音的机械波，其频率一般在20kHz到70kHz之间。
超声波焊接的原理主要是利用超声波振动使材料分子的间距变小，从而产生高温高压的效果，促使材料发生熔接现象。
在焊接过程中，超声波振动会穿透至焊材表面，使接触部分的温度升高，然后通过适当的加压使材料熔化并熔接在一起，最终形成焊接接头。
超声波焊接设备主要由超声波振动系统、机械系统和电气系统组成。
超声波振动系统是超声波焊接的核心部分，它由发声器和承载器组成。
发声器是将电能转化为机械振动的装置，承载器则是将振动传递给焊接件的装置。
机械系统主要包括焊接头、压力机构等部分，用于在焊接过程中施加适当的压力。
电气系统则提供了超声波发生器、控制电路、传感器等设备，用于控制焊接过程的各个参数。
超声波焊接在工业生产中有着广泛的应用。
它可以焊接各种金属材料，如铝、铜、钢等，也可以焊接塑料和纺织品等非金属材料。
超声波焊接常被运用在汽车制造、电子设备生产、包装行业等领域。
例如，在汽车制造中，超声波焊接被应用于制造车灯、排气管和电池等零部件；在电子设备生产中，它被用于焊接电子元件和连接导线等；在包装行业中，超声波焊接可用于封口、划线和熔接等工作。
超声波焊接具有许多优势。
首先，它的焊接速度快，能够在短时间内完成焊接工作，提高生产效率。
其次，超声波焊接的焊接接头牢固可靠，具有较高的拉伸强度和密封性能。
再次，它适用于焊接的材料种类广泛，包括金属、塑料和纺织品等。
此外，超声波焊接过程不需要使用焊接剂和填料，所以它是一种环保、无污染的焊接方法。
总结起来，超声波焊接是一种高效、可靠、环保的焊接方法，广泛应用于多个行业中。
随着技术的不断进步，超声波焊接设备的性能和效果也在不断提高，为我们的生产和生活带来了许多便利和效益。
超声波金属焊接的现状及其发展趋势探讨
超声波金属焊接的现状及其发展趋势探讨超声波金属焊接是一种新兴的特种加工技术，它在很多方面都优越于传统焊接技术，并且在各领域内都有着广泛的应用。
这种先进的焊接技术不仅是科技进步的重要体现，同时也为人类社会发展做出了重大贡献。
鉴于此，文章分析了超声波金属焊接的优缺点以及国内外的研究现状，并对其未来发展进行了展望，以期使超声波金属焊接技术在我国得到更全面的发展。
标签：超声波；金属焊接；现状；展望超声波金属焊接起源于1950年的美国，当时正处于美国工业社会发展时期，工业的快速发展要求技术上进行不断的创新，以满足人们日益膨胀的物质需要，超声波金属焊接便由此诞生，并很快得到了广泛的应用。
如今，超声波金属焊接的应用领域囊括了电子工业、制造业、食品工业以及核能工业等，其不但在技术方面领先于传统焊接技术，而且具有节能环保以及操作方便等特点，能够促进我国资源节约型和环境友好型社会的建设。
可以说，超声波金属焊接技术在我国经济社会发展中发挥了巨大的促进作用。
1 超声波金属焊接优缺点分析1.1 优点超声波金属焊接是一项全新的技术，对其研究和应用还处于发展阶段，但毋庸置疑的是，它在很多方面都优越于传统的焊接技术，具体表现为以下几个方面。
1.1.1 压力小、能耗低超声波金属焊接不同于传统焊接的最大优点是其压力小且能耗低，这在很大程度上节约了能量成本，并且其还能将不同种类的金属材料焊接在一起，突破了原本受技术限制而不能实现异种金属焊接的瓶颈。
另外，在金属零件快速成形的过程中，其可以埋入一些功能器件来实现智能金属基复合材料，这是传统焊接技术所不能达到的。
1.1.2 速度快、稳定性高超声波金属焊接可以通过使用点焊和连续焊，来保证焊接速度的提升，它不但能将不同物理性能的材料焊接完好，还能应用于其他技术不能达到的厚薄相差悬殊以及多层金属片之间的焊接。
由于其焊点强度非常高，导致其具有很好的稳定性。
1.1.3 程序简便、精度高超声波金属焊接技术在焊接过程中只需简洁的程序就能保障焊接成品的质量，其程序的简便之处体现在以下几点：首先，无需采用水冷和气体的保护，省去了对焊接成品的退热处理过程；其次，不用焊条，焊接的金属不被直接加热，减少能源损耗，避免加热的麻烦；最后，不需要添加焊剂，省去后期对成品的清洁处理以及环保处理。
超声波金属焊接原理及应用详解
目录一、摘要 (2)二、超声波金属点焊接原理及特点 (2)1.超声波金属焊接的优点 (2)2.超声波金属焊接的不足 (3)3.影响超声波金属焊接质量的主要因素 (3)三、国内外研究现状 (4)1.研究现状国内 (4)2.国外研究现状 (5)四、制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素 (7)五、超声波金属焊接技术今后发展方向 (7)六、参考文献 (8)摘要:介绍了超声波焊接技术的基本原理、目前的发展状况，对目前国内外金属超声波焊接设备进行了简要介绍，对国内相关领域的发展进行了总结，分析了目前制约金属超声波焊接技术的关键因素和解决的对策，并对超声波技术的发展趋势进行了展望。
关键词:超声波焊接；发展状况；发展趋势The basic principles of ultrasonic welding technique and the present research status were presented, the metalultrasonic welding apparatus at home and abroad were briefly introduced, and the domestic developments in the relevant metalultrasonic welding areas were summarized. Moreover, the key factors that currently affect metal ultrasonic welding and thesolutions to these issues were analyzed, the development tendency of ultrasonic metal welding techniques was pointed out atthe end.Key words:ultrasonic welding; development status; development tendency超声波金属焊接还在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用，量比电流焊接少得多，超声波邦定作为超声波金属焊接的一种小功率应用，常用于晶体管或集成电路引线的焊接。
超声波焊接机的工作原理
超声波焊接机的工作原理超声波焊接机是一种常用于金属、塑料等材料的焊接工艺，其工作原理是利用超声波的振动能量将两个或者多个材料加热并连接在一起。
下面将详细介绍超声波焊接机的工作原理。
1. 超声波发生器超声波焊接机的核心部件是超声波发生器。
超声波发生器产生高频电信号，并将其转换成机械振动。
通常采用的是压电陶瓷材料，当施加电场时，压电陶瓷会发生机械振动，产生超声波。
2. 振动系统振动系统由超声波发生器和振动换能器组成。
超声波发生器将电信号转换成机械振动，然后通过振动换能器将振动传递到焊接头部。
3. 焊接头部焊接头部是超声波焊接机的关键部件。
它由振动换能器、焊接夹具和焊接角组成。
振动换能器将机械振动传递给焊接夹具，焊接夹具通过焊接角将振动传递给工件。
4. 工件准备在进行超声波焊接之前，需要对工件进行准备。
通常需要清洁工件表面，确保没有杂质和油脂。
同时，还需要对工件进行定位，以确保焊接的准确性和稳定性。
5. 焊接过程当超声波焊接机开始工作时，超声波发生器会产生高频电信号，并将其转换成机械振动。
振动系统将机械振动传递给焊接头部，焊接头部通过焊接角将振动传递给工件。
在焊接过程中，焊接头部施加压力并振动，使工件表面产生磨擦热。
磨擦热使工件表面温度升高，塑料材料软化并熔化。
当达到一定的温度和压力时，焊接头部住手振动，保持一段时间，使熔化的塑料冷却和凝固，从而实现焊接。
6. 焊接质量控制超声波焊接机通常具有焊接质量控制功能，以确保焊接质量。
通过对焊接过程中的振动幅度、压力、时间等参数进行监控和调整，可以控制焊接的质量和稳定性。
总结：超声波焊接机通过利用超声波的振动能量将两个或者多个材料加热并连接在一起。
其工作原理是通过超声波发生器产生高频电信号，并将其转换成机械振动。
振动系统将机械振动传递给焊接头部，焊接头部通过焊接角将振动传递给工件。
在焊接过程中，焊接头部施加压力并振动，使工件表面产生磨擦热，从而实现焊接。
超声波焊接机具有焊接质量控制功能，可以通过监控和调整振动幅度、压力、时间等参数来控制焊接的质量和稳定性。
特种焊接技术--第五章超声波焊接
1-发生器 2-换能器 34-耦合杆 A-发生器 B聚能器 -声学系统 5-上声极6-焊件7-下声级8-电磁加压装臵 C-加压机构 D-控制装臵 9-控制加压电源10-程控器 19 材料科学与工程学院 压力焊
材料科学与工程学院
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特种焊
1、超声波发生器 是焊机的核心设备。它是一种具有超声频率的 正弦电压波的电源，实质是一个包括机械振动系统 在内的单级或多级放大的自激振荡器。作用是将工 频（50Hz） 电流变成 15 ~ 60Hz 的震荡电流，并通 过输出变压器与换能器相耦合。 2、声学系统 超声波的关键部件，是电声耦合装臵（声学系 统），由换能器、聚能器（变幅杆）、耦合杆（传 振杆和上下声极）等组成。 主要作用是传输弹性振动能给焊件，以实现焊 接。声学系统设计的关在于按照选定的频率计算每 个声学组元的自振频率。
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特种焊 2、缝焊 缝焊时超声波通过旋转运动的圆盘状声极传输 给工件，形成具有密封性的连续焊缝。 缝焊可以获得密封的连续焊缝。通常工件被夹 持在上、下焊盘之间。在特殊情况下可采用平板式 下声极。
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特种焊 3、环焊 用环焊方法可以一次形成 封闭形焊缝，采用的是扭转振 动系统。焊接时焊盘扭转，振 动振幅相对于声极轴线呈对称 线性分布，轴心区振幅为零， 焊盘边缘振幅最大。显然环焊 最适用于微电子器件的封装工 艺。有时环焊也用于对气密要 求特别高的直线焊缝场合，此 时可采用部分重叠环焊方法， 类似缝焊获得连续直线焊缝。
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特种焊 （1）换能器 将发生器的电震荡能转换成相同频率的机械振 动能，是焊机的机械振动源。有磁致伸缩式和压电 式两种。 磁致伸缩效应是当铁磁材料臵于交变磁场中， 将会在材料的长度方向发生宏观的同步伸缩变形现 象，常用镍片和铁铝合金，工作可靠，但换能效率 仅为20~30%，已被压电式换能器所替代。 压电式是利用某些非金属压电晶体（如石英、 锆酸铅、锆钛酸等）的逆压电效应。当压电材料在 一定晶面上受到压力或拉力时，会出现电荷，称为 正压电效应；反正，当在压电轴方向馈入交变电场 时，晶体会沿一定方向发生同步收缩现象，称逆压 电效应。效率高达80~90%，但寿命短。
超声波金属点焊机操作规程
超声波金属点焊机操作规程
1.操作前的准备
1.1确保设备处于停机状态，停止供电。
1.2检查设备是否完好无损，包括电源线、控制面板、机械结构等。
1.3检查超声波振动头是否装配正确，并确保焊头配件的安装牢固。
2.设备调试
2.1接通电源后，打开供电开关，注意检查设备运转是否正常。
2.2按照设备说明书或厂家提供的参数进行操作参数的设定，并根据
具体焊接对象的要求进行调整。
2.3对设备的每个功能进行测试，确保其正常运作，包括焊接能量、
焊接时间等。
3.使用操作要点
3.1启动设备后，将焊接件放置在焊接位置上，并确保焊接件和焊头
之间的接触面干净、平整。
3.2调整超声波振动头的位置和焊接力，使之与焊接件有良好的接触。
3.3按下启动按钮，开始焊接。
在焊接过程中要注意观察焊接质量，
确保焊接部位完全焊接牢固。
3.4焊接完成后，松开焊接力，将焊接件取下，并及时关闭设备的供
电开关。
4.使用注意事项
4.1在操作设备前，应穿戴好安全防护用具，如防护眼镜、手套等。
4.2操作时应注意维持设备的清洁，避免灰尘等杂质对焊接质量的影响。
4.3不得擅自更改设备的参数设置，如需调整应在经过专业人员的指导下进行。
5.设备维护
5.1定期对超声波金属点焊机进行维护保养，包括清洁设备、检查焊接头部的磨损情况等。
以上是超声波金属点焊机操作规程的基本要点，使用超声波金属点焊机时需要熟悉设备的运行原理和操作方法，遵循操作规程，确保操作的安全和焊接的质量。
超声波金属焊接技术--SonicTech
＊调节参数全数字化控制及多种系统保护功能
SonicTech
B.高品质换能器
一个适合于焊接金属的高品质换能器必须具备最基本的 两项参数，以20KHZ换能器为例： ★动态阻抗≤2Ω ★品质因数(Qm值):9000-10000 高品质换能器还决定于芯片材料的选择和严格的安装工 艺，我司换能器芯片采用德国进口压电陶瓷，转换效率 非常高，我司20KHZ的换能器带负载能力达5KW以上。
大功率超声波金属点焊机
型号：CX-20DB 机架尺寸：150×550×330mm 工作频率：20KHZ 标称功率容量：5KW 工作电压：220V~/50HZ 工作气压：0.05MPa-0.6MPa 用途：多层铜箔/铝箔焊接，多层镍片焊接，铝转镍 大面积电池极耳焊接（max：120mm2焊铜）等 适用电池行业工艺焊接，电子电气零部件焊 接。
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SonicTech
超声波金属焊接三大核心技术 A.超声波发生器
＊频率自动跟踪技术：
频率自动跟踪技术是超声波金属焊接 技术中最基本、最关键的一项技术。 没有掌握这门技术的，对于研发超声 波金属焊接工艺来说，根本没有入门。 下面详细阐述这技术所发挥的作用。 设备在静态时，超声波振动杆（换能器、二级杆、焊头）与超声波发生器的谐振 频率皆为ƒ0如图（1）所示，静态时ƒ0在正弦曲线中所对应的振幅达到峰值，但设 备在工作时，超声波振动杆的谐振频率是会发生动态变化的，此时振动杆振动频 率已变为ƒ1 ，发生器的谐振频率还是ƒ0如图（2）所示，如果ƒ0不能及时追踪到ƒ1 所处位置时，振动杆的振幅就不能达到最大化，ƒ1 在正弦曲线上所对应的振幅只 有最大振幅的约一半（或更小），而且ƒ1 是一个动态值，说明在工作时当ƒ0与ƒ1 不能保持一致时，超声波振动杆的振幅会急剧下降，而且不能保持稳定。所以频 率自动跟踪技术是保证设备工作稳定的关键技术，它能保证超声波振动杆随时工 作于谐振状态，维持振幅的稳定，也就能保证焊接质量的稳定。
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超声波金属焊接
一、超声波金属焊接基础知识
1、原理
超声波金属焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。
2、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）、焊接无火花，环保安全。
3、超声波金属焊接适用产品：
1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。
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2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。
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3）、电线互熔，偏结成一条与多条互熔。
4）、电线与名种电子元件、接点、连接器互熔。
5）、名种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。
6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。
7）、金属管的封尾、切断可水、气密。
4、振幅参数
振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接不上，温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。
因为每一间公司选择的换能器不同，换能器输出的振幅都有所不同，经过适配不同变比的变幅杆及焊头，能够校正焊头的工作振幅以符合要求，通常换能器的输出振幅为10—20μm，而工作振幅一般为30μm左右，变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关，形状来说如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等，对变比影响很大，前后面积比与总变比成正比。
贵公司选用的是不同公司品牌的焊接机，最简单的方法是按已工作的焊头的比例尺寸制作，能保证振幅参数的稳定。
5、频率参数
任何公司的超声波焊接机都有一个中心频率，例如20KHz、40 KHz等，焊接机的工作频率主要由换能器（Transducer）、变幅杆（Booster）、和焊头（Horn）的机械共振频率所决定，发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工作在谐振状态，每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。
发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围，如一般设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机基本都能正常工作.我们制作每一个焊头时，都会对谐振频率作调整，要求做到
谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊头，我们焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz，误差为5‰。
6、节点
焊头、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力最大。
节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定为零振幅，这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用隔声材料进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时予以考虑。
7、网纹
超声波金属焊接通常会在焊接位表面，底座表面设计网纹，网纹设计的目地在于防止金属件的滑动，尽可能将能量传递到熔接位。
网纹设计一般有方形、菱形、条形网纹。
黄金手饰等金属包覆焊头与底座根椐要求不能设计纹路，网纹的大小与深浅根据具体的焊接材料要求来确定。
8、加工精度
超声波焊头因为工作于高频振动情况下，应尽量保持一个对称设计，以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动（我们所用于焊接的焊头利用的是超声波振动的纵向传递，对于整个谐振系统而言），不均衡振动能导致焊头发热
及断裂。
超声波焊接应用于不同行业对加工精度要求是不同的，对于特别薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高，我们所有的加工设备均采用数控设备（如加工中心等），这样才能保证加工出来的精度符合要求。
9、使用寿命
一只焊头的使用寿命关键决定于两个方面：一、材料，二、工艺
材料方面：超声波焊接要求金属材料有柔顺性好（声波传递过程中机械损耗小）好的特点，所以最常用的材料为铝合金及钛合金，但超声波金属焊接要求焊头耐磨损（要求较高的硬度），使材料的选择变得比较困难，因为硬度和韧性似乎是天生对立的，这就要求我们选择非常高要求的材料，我们选择的优质钢村料能够比较好地解决这个矛盾，使焊头的有效寿命尽量地提高。
工艺方面:包括有加工工艺及后续处理工艺，加工工艺在前面已详细描述过，后续处理包括热处理及参数的修整，基于我公司选择的材料，我们有独创的热处理工艺去保证；在每一个焊头制作完成后，单独都要进行参数的测定及调整，以保证出品。
10、金属相熔性
上图互熔性谨供参考，具体应以实验为准
二、故障分析
1、发热
焊头在工作时会有一定的发热现象，这是由于材料本身的机械损耗及焊件发热传导所致。
焊头发热是否正常判断标准为不带负载（即不接触工件）时，连续发射超声波半小时以上，温度不能够超过50-70℃，如发热历害，证明焊头已损坏或材料不合格，需要更换。
2．啸叫
当焊头工作时出现啸叫时，应分析以下原因：
①安装螺丝是否已松动
②焊头是否产生裂纹
③焊头是否和不应接触的物件相接触。
2、过载
当发生器发出过载警报时，应按如下步骤进行检查：
①空载测试，如工作电流正常，则可能是焊头接触到不应接触的物件或焊头与焊座之间的参数调节出现故障。
②空载测试不正常时，应首先观察焊头是否有裂纹，安装是否牢固，然后拆下焊头再进行空载测试，排除是否是换能器＋变幅杆出现问题，一步步进行排除。
排除掉换能器＋变幅杆出现故障的可能性后，将新的焊头拆换以判断。
③有时会出现空载测试正常，而不能正常工作的情况，有可能是焊头等声能原件内部发生变化，导致声能传递不畅，这里有一个比较简单的判断方法：手触摸法。
正常工作的焊头或变幅杆表面工作时振幅是非常均匀的，手摸上去是丝绒般的顺滑，当声能传递不畅时，用手摸上去会有气泡或毛刺的感觉，这时就要采用排除法去排除有问题的部件。
发生器不正常时，也能产生同样的情况，因为正常来说检测换能器输入波形时应为顺滑的正弦波，当正弦波上有尖峰或不正常波形时也能产生这种现象，这时可以用另外一整枝声能元件替换以判别。