超声波焊接工艺
超声波焊接工艺参数的设定
超声波焊接工艺参数的设定Hessen was revised in January 2021超声波焊接工艺参数的设定超声波焊接的工艺参数设定包括超声波焊接功率、超声波频率、超声波振幅、超声波焊接压力、超声波焊接时间等。
l. 超声波的频率超声波焊接的工作频率通常在15-40kHz,对低频反应较差的材料,如PvC、PE等可以使用高频进行焊接,这可以减少对材料的损坏。
高频的超声波能量传递集中,对于一些精细的零部件可以使用高频的超声波进行焊接。
超声波焊接时,由于负载的变化会造成超声波设备的失谐现象,使焊接强度下强。
一般情况下,焊接机的工作频率确定后,需要保持声学系保持谐振。
下面的方程可以描述超声波的功率:P=μSnv=-2Aω/π=4usaf式中P超声功率;F静压力;S焊点面积;v相对速度;A振幅;μ一摩擦因数;w为角频率;f为振动频率。
2.超声波振幅在较大的工作频率和振幅下进行焊接,可以减少焊接时问,提高工作效率。
对于不同的材料都存在一个最佳的焊接振幅如表l所示。
超声波焊接20μm的振幅较小,通常建议使用40μm的振幅,因为过大的振幅常会使超声波电源疲劳损坏,所以超声波的振幅要求与超声波电源匹配一致。
3. 超声波焊接时间焊接时间指焊接过程中发出超声波能量的时间。
焊接时间过短,能量不够,并不能造成可靠的焊接结。
随着焊接时间的增加,能使焊件吸收更多的能量,焊接面的温度会提高,焊合面积也会增大,焊接熔深增加,这样焊接强度也会增加[22-24]。
然而,过长的焊接时间,会导致焊接位置材料熔化过多并造成较多的溢料。
这些熔料在焊合区域流动是有方向性的,所以过多的熔料流动会造成强度的下降。
另外,过长的焊接时间会造成焊件温度过高,造成焊件烧化和降解,使焊件表面造成焊痕,造成过焊,使强度下降。
焊接时间过长,能量过多会造成熔化层温度过高,被焊塑料变色、分解、脆化;而且焊接边缘应力集中,焊接表面出现压痕。
所以为了得到较高的焊接强度,必须要选择合适的超声波焊接时间,过短和过长都会造成焊接强度的下降。
超声波焊接工艺参数的设定
超声波焊接工艺参数的设定1.超声波频率：超声波焊接的频率通常在20kHz至70kHz之间。
不同的频率对焊接结果和效率会有影响。
高频率可以提高焊接效率，但需要用更高的功率和更小的焊接角度。
低频率可以提高焊接强度，但对于小尺寸部件可能不适用。
因此，合理选择合适的频率对于实现理想的焊接效果至关重要。
2.焊接压力：焊接压力是指超声波焊接过程中施加在焊接接头上的压力。
适当的焊接压力可以确保焊接接头良好的接触，同时避免过大的压力引起材料损坏。
一般来说，焊接压力应根据具体的焊接材料和接头形状进行调整，以达到最佳的焊接效果。
3.超声波振幅：超声波振幅是指超声波产生的振动幅度。
适当的振幅可以提高焊接质量和效率。
通常情况下，振幅应根据焊接材料和接头形状进行调整。
过大的振幅可能导致焊接接头变形，过小的振幅则可能无法达到理想的焊接效果。
4.焊接时间：焊接时间是指超声波焊接过程中的持续时间。
焊接时间的设定应根据具体情况来确定。
如果时间过长，可能导致材料热损失过多，焊接效果不理想。
而时间过短，则可能导致焊接接头未能完全熔融，从而影响焊接强度。
5.焊接温度：焊接温度是指超声波焊接过程中产生的热量，它主要取决于材料的熔点和焊接功率。
在超声波焊接中，温度的设定非常重要。
过高的温度可能使材料熔融过度，导致接头的变形和破损。
过低的温度则可能导致焊接效果不佳。
6.超声波功率：超声波功率是指超声波焊接设备产生的电功率。
超声波功率的设定直接影响焊接质量和效率。
过高的功率可能导致材料熔融过度，过低的功率则可能无法达到理想的焊接强度。
因此，合理调整超声波功率对于实现良好的焊接结果非常重要。
7.材料选择：总结：超声波焊接工艺参数的设定是实现理想焊接效果的关键。
合理选择超声波频率、焊接压力、振幅、时间、温度和功率等参数，以及合适的材料选择，可以确保焊接接头的质量和强度。
此外，根据具体的焊接要求和实际情况进行调整和优化，将有助于提高焊接效率和生产效果。
ptfe超声波焊接工艺
ptfe超声波焊接工艺
PTFE（聚四氟乙烯）超声波焊接工艺要点：
①工件准备：清洁待焊PTFE部件表面，确保无油脂、灰尘等污染物；
②夹具设计：定制专用焊接夹具，保证焊缝对正及稳定受压；
③参数设定：根据PTFE厚度、硬度选择适宜的超声波频率（通常15-70kHz）、振幅、焊接时间和压力；
④预热处理：对PTFE进行局部或整体预热，提高材料塑性，降低焊接难度；
⑤焊接实施：将工件置于夹具中，超声波焊头施加恒定压力并产生高频振动，接触面摩擦生热熔融，形成分子间结合；
⑥冷却固化：焊接后保持压力，自然冷却或辅助风冷，使焊缝充分固化；
⑦质量检验：检查焊缝外观、强度、密封性等，确保符合产品要求。
超声波钎焊工艺流程
超声波钎焊工艺流程超声波钎焊呀，这可挺有趣的呢。
一、啥是超声波钎焊。
超声波钎焊就是一种挺特别的焊接方法。
简单说呢，就是利用超声波的能量来帮助完成钎焊的过程。
它和普通的焊接不太一样哦。
普通焊接可能就靠热量或者压力之类的，超声波钎焊多了这个超声波的助力。
就好像给焊接加了个小助手，这个小助手能让焊接的过程更顺利，效果也更好呢。
二、超声波钎焊的前期准备。
1. 材料准备。
那材料可得选好啦。
首先是钎料，就像是连接两个东西的胶水一样重要。
这个钎料得根据要焊接的材料来选，比如说要是焊接金属，那就得选能和这金属很好融合的钎料。
还有被焊接的工件，工件表面得处理干净呀，不能有脏东西、油污之类的。
要是有这些东西在，就像两个人牵手，中间隔了层泥，怎么能握得紧呢？所以得把工件表面打磨光滑，清理得干干净净的。
2. 设备检查。
设备也不能马虎。
超声波钎焊设备有好多部件呢。
要看看超声发生器有没有问题，这可是提供超声波能量的源头呀。
就像人的心脏一样重要，如果它出故障了，整个焊接过程就没法好好进行了。
还有换能器、变幅杆这些部件，都得检查检查，确保它们都能正常工作，就像检查一个人的四肢是不是都能灵活运动一样。
三、超声波钎焊的焊接过程。
开始焊接的时候呀，把选好的钎料放在工件的连接部位。
然后启动超声波设备，这时候，超声波就开始发挥它的魔力啦。
超声波会让钎料和工件的表面产生振动，这种振动可厉害了，它能破坏工件表面的氧化膜。
氧化膜就像一层阻碍焊接的小坏蛋，把它破坏掉了，钎料就能更好地和工件融合在一起了。
在这个过程中，钎料会慢慢地熔化，然后填充到工件之间的缝隙里，就像水流进小缝隙一样自然。
这个时候呀，就感觉像是看着两个小伙伴紧紧地抱在一起，特别有成就感呢。
四、超声波钎焊后的处理。
焊接完成之后，可不能就这么不管了。
得让焊接好的工件冷却下来。
这个冷却过程也得注意，不能太快也不能太慢。
太快的话，可能会让焊接的地方产生裂纹，就像人突然受冷会生病一样。
太慢呢，又会影响生产效率。
极耳超声波焊接工艺
极耳超声波焊接工艺
极耳超声波焊接工艺是一种利用超声波将两个或多个工件焊接在一起的方法。
它主要适用于塑料材料的焊接，可以实现快速、高效、无污染的焊接过程。
该工艺的具体步骤如下：
1. 准备工作：选择合适的超声波焊接设备和工件，确保工件表面清洁无杂质。
2. 设定参数：根据工件材料、尺寸等参数，设定合适的超声波焊接参数，如振幅、频率等。
3. 定位工件：将需要焊接的工件放置于焊接夹具中，并确保工件位置正确。
4. 加热工件表面：通过超声波振动产生的热量，加热工件表面，使其达到熔点。
5. 压合工件：通过焊接头或焊接模具对工件施加压力，使其达到一定的焊接压力。
6. 焊接时间：保持一定的焊接时间，使工件表面熔融并粘接在一起。
7. 冷却工件：停止超声波振动，待工件冷却后，取出焊接好的产品。
极耳超声波焊接工艺的优点包括焊接速度快、焊接强度高、焊接过程无污染、操作简便、无需使用额外的焊接材料等。
它广泛应用于汽车、电子、医疗器械等行业中的零部件焊接。
《超声波焊接工艺》课件
超声波频率：影响焊接 效果，需选择合适的频
率
焊接时间：影响焊接效 果，需控制焊接时间
焊接温度：影响焊接效 果，需控制焊接温度
环境因素：影响焊接效 果，需控制环境因素
焊接设备：影响焊接效 果，需选择高质量的设
备
07
超声波焊接技术的发展趋势与展望
超声波焊接技术的国内外研究现状
国内研究现状：超声波焊 接技术在国内得到了广泛 应用，主要集中在汽车、 电子、医疗等领域。
超声波发生器：产生高频超 声波
工件：需要焊接的工件
冷却系统：冷却焊头和工件， 防止过热损坏
控制系统：控制超声波发生 器、换能器、焊头等部件的
工作状态
超声波焊接设备的分类
按照功率分类：大功率、中功率、小功率 按照频率分类：低频、中频、高频 按照结构分类：单头、双头、多头 按照用途分类：通用型、专用型、特殊型
培训与教育：对操作人员 进行培训，提高焊接质量 意识和技能水平
超声波焊接质量影响因素及改进措施
超声波功率：影响焊接 强度，需调整至最佳功
率
焊接压力：影响焊接质 量，需调整至最佳压力
焊接材料：影响焊接效 果，需选择合适的材料
操作人员技能：影响焊 接质量，需提高操作人
员技能
质量检测方法：影响焊 接质量，需选择合适的
汇报人：PPT
超声波焊接的应用范围
电子行业：如电路板、电子元器件 等
汽车行业：如汽车零部件、内饰件 等
医疗行业：如医疗器械、医疗耗材 等
食品行业：如食品包装、食品容器 等
航空航天：如航天器零部件、航空 器零部件等
纺织行业：如纺织品、服装等
03
超声波焊接设备
超声波焊接设备的组成
焊接工艺的超声波焊接技术要点
焊接工艺的超声波焊接技术要点超声波焊接技术是一种新兴的焊接方法，在工业生产中得到了广泛应用。
本文将详细介绍超声波焊接技术的要点，并分析其在焊接工艺中的重要性。
一、超声波焊接技术简介超声波焊接技术是一种利用高频振动产生的能量来实现金属焊接的方法。
传统的焊接方法通常是通过高温熔化金属来实现焊接，而超声波焊接则是通过高频振动产生的机械能来实现焊接。
这种焊接方法具有焊接速度快、热影响区小、焊接接头牢固等优点，因此在汽车制造、电子设备、医疗器械等领域得到了广泛应用。
二、超声波焊接的工艺要点1. 声波源选择超声波焊接的关键是选择合适的声波源。
常见的声波源包括换能器、声波振动头等。
选择合适的声波源可以提高焊接效率和质量。
2. 材料选择与准备超声波焊接技术适用于焊接各种金属材料，如铝、铜、不锈钢等。
在进行超声波焊接前，需要对待焊接材料进行表面处理，确保其表面干净、无油污等。
3. 焊接参数的调节超声波焊接的质量和效率与焊接参数的设置密切相关。
主要参数包括振幅、压力、焊接时间等。
不同材料和焊接要求需要不同的参数设置，需要根据具体情况进行调节。
4. 焊接接头设计超声波焊接接头的设计对焊接质量至关重要。
合理的接头设计可以确保焊接接头的强度和密封性。
常见的接头形式包括普通接头、搭接接头、凸缘接头等。
5. 焊接设备的选择选择合适的超声波焊接设备对焊接质量和效率起到重要作用。
常见的设备包括超声波焊接机、振幅检测仪等。
根据焊接需求选择适合的设备，并保证设备的正常运行。
三、超声波焊接技术在焊接工艺中的重要性1. 提高生产效率超声波焊接技术具有焊接速度快的特点，可以大大提高生产效率。
与传统焊接方法相比，超声波焊接技术不需要预热，焊接时间短，适用于大批量生产。
2. 降低热影响区超声波焊接技术焊接时只在焊接接头产生热量，其他部分几乎不受热影响。
这种焊接方法可以避免材料的热变形和氧化，降低了焊接接头的应力和变形。
3. 提高焊接质量超声波焊接技术焊接接头强度高、密封性好，可以保证焊接质量。
pbt的超声波焊接工艺
pbt的超声波焊接工艺
超声波焊接是一种高效、环保的连接工艺，适用于各种塑料材料，包括PBT。
以下是PBT的超声波焊接工艺流程：
1.焊接准备：在进行超声波焊接之前，需要先准备好所需的工具和材料，包括超声波焊接机、焊头、PBT材料、夹具等。
同时，要确保工作场所干净整洁，避免杂物和灰尘影响焊接效果。
2.放置焊件：将需要焊接的PBT材料放置在夹具中，确保位置准确，以便进行后续的焊接操作。
3.施加压力：在焊头对准焊缝后，施加适当的压力。
压力大小应根据PBT材料的厚度和强度而定，压力过大会导致材料变形，过小则可能无法实现良好的焊接效果。
4.超声波振动：通过超声波焊接机产生高频振动，使焊头与PBT材料表面产生摩擦热，软化材料表面，为焊接创造有利条件。
5.冷却定型：在焊接完成后，应立即停止振动并释放压力，让焊接部位自然冷却定型。
在冷却过程中，应避免外部干扰因素如风、震动等影响焊接效果。
6.完成焊接：冷却后，检查焊接部位是否有缺陷，如气孔、裂缝等。
如一切正常，则可认为焊接完成。
需要注意的是，在进行超声波焊接时，应选择合适的焊头和振动频率，以确保焊接效果良好。
同时，操作人员应具备相关技能和经验，能够准确判断和处理各种问题。
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（3）时间：
扩散焊需要较长的时间。时间过短，会导致焊 缝中残留有许多孔洞，影响接头性能。
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2. 设 备
1）真空扩散焊设备
由真空室、加热 器、加压系统、真空 系统、温度测控系统 及电源等组成。
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三、扩 散 焊
扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触， 通过微观塑性变形或通过待焊面产生的微量液相而扩大待 焊面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现 冶金结合的一种焊接方法。 1.扩散焊原理
2）分类
按声波的高频振荡能量传播方向可分两种基本类型。 ●垂直于焊件表面（超声波塑料焊接） ●切向传递到焊接表面（超声波金属焊接）
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（1）垂直于焊件表面
超声波振动的方向与焊接表面相反，在塑性状 态实现焊接。焊接接头为搭接、对接、角接等。
超声波塑料焊接
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二、爆 炸 焊
1.爆炸焊原理及方法
爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力造成 焊接的迅速碰撞，在接触面上造成塑性变形而 实现连接的一种焊接方法。主要方法可分为平 行法和角度法。
1.放炸药的板 （复合板） 2.基板 3.基础 4.缓冲层 5.炸药 平行法 角度法 角度法
在金属不熔化的情况下两 工件之间接触距离达到（1～5） ×10-8 CM以内时，金属原子间 的引力才开始起作用。一般金 属通过精密加工后，其表面轮 廓算术平均偏差为（0.8～1.6） ×10-4 CM。在零压力作用下接 触时，实际接触面只占全部表 面积的百万分之一。在施加正 常扩散压力时，实际接触面仅 占全部表面积的1%左右。
超声波焊原理图
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换能器：将电磁能转换成同频率的弹性机械振动能。
磁致伸缩式——半永久性器件，工作稳定可靠， 但换能效率只有20—40%。 压 电 式—— 效率高，可达80～90%。 但比较脆弱。 聚能器：放大振幅。振幅分布与锥面形状及其放大系数 有关。
1. 超声波焊接原理及分类
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1）工作原理
既不向工件输送电流， 也不向工件引入高温热源只 是在静压力及弹性振动能的 共同作用下，将机械动能转 变成工件间摩擦功形变能和 随之而产生的温升，从而使 工件在固态下实现连接。
弹性振动能量的大小取 决于引入工件的振幅大小。
哈尔滨焊接技术培训中心
吉林大学焊接技术培训基地 国际焊接工程师培训课程
Harbin Welding Training Institute
Training Course for International Welding Engineer
其它焊接工艺 Ⅴ IWE-3／1.15
3）热等静压扩散焊设备
2）超塑成型扩散焊设备
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3.扩散焊应用及特点
1） 优点： （1）接头质量好，焊后无需机加工。 （2）焊件变形量小(低压力，工件整体加热， 随炉冷却)。 （3）一次可焊多个接头。 （4）可焊一些其它方法无法焊接的材料。 2） 缺点： （1）设备投资大。 （2）焊接时间长，表面准备耗力大，生产率低。 （3）对焊缝的焊合质量尚无可靠的无损检测手段。
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2. 爆炸焊的特点及应用
1）特点
（1）将任意相同或不相同的金属材料迅速， 牢固地焊接起来。 （2）工艺简单，易掌握。 （3）不需要大型设备和大量投资。 （4）不仅能焊点焊、线焊还可以焊面焊。 （5）比较经济。
2） 应用
（1）可焊接物理和化学性质相差悬殊的金属材料。 （2）可以生产复合材料。 （3）可用复合材料加工成各种不同金属的过渡接头。
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3）应 用
扩散焊可焊材料
应用在一 些特种材料， 特殊结构的焊 接中。 如；航天工业、 电子工业、aining Body
四、冷 压 焊
1.冷压焊的原理
冷压焊是在室温条件下，借助压力使待 焊金属产生塑性变形而实现固态焊接的方法。 实质上通过塑性变形挤出连接部位的氧化膜 等杂物，使纯洁金属紧密接触达到晶间结合 的过程。常用冷压焊方法有搭接和对接两种。
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2）缺点
金属超声波焊接需用功率随工件 厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而 只限于丝、箔、片等薄 件的焊接。 大多数情况下只适用于搭接接头。
3）应用
超声波焊广泛用于微电子器件及精加 工技术，最成功的应用是集成电路元件的 互连。在电子航天电器包装塑料等工业都 广泛应用。
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雷管
炸药 复板 基板
基板与复合板厚度比（1:1～10:1）
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3.爆炸焊可焊材料
金属真实表面示意图
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1）扩散焊过程的三个阶段
第一阶段 变形和交界面的形成。在温 度和压力的作用下，微观凸起部 位首先接触和变形，在变形中表 面吸附层被挤开，氧化膜被挤碎 ，凸点产生塑性变形，开始形成 金属键连接。 第二阶段 晶界迁移和微孔的消除。原 子扩散和再结晶的作用，开始形 成焊缝。 第三阶段 体积扩散，微孔和界面消失。 原子扩散向纵深发展，在界面处 达到冶金连接。
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2）应用
（1）搭接焊可焊厚度为0.01～20 mm的箔材、 带材、板材等。常用于导线或母线的连接。 （2）对接焊可焊断面为0.5 mm² （手焊钳）～ 1500 mm² （液压焊机）的异型断面的线 材、棒材、板材、管材等。在电气工程 中铝、铜导线、母线的焊接应用最广泛。
声波电极通过 正切位置的声波 供应器被激发实 现扭转振动。
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2. 超声波焊的特点及应用
1）优点
（1）可适用于多种组合材料的焊接。 （2）不会对半导体等材料引起高温污染及损伤。 （3）易焊接高热导率及高电导率的材料。 如金、 银、铜、铝等。 （4）耗用功率小。仅为电阻点焊的5%左右， 焊件变形小于3～5%，焊点强度及强度稳 定性平均提高约15～20%。 （5）对工件表面的清洁度要求不高。
授课教师: 元哲石
国际焊接学会授权的培训机构 IIW Authorised Training Body
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一、超声波焊接
超声波焊接是利用超声波频 率（超过 16KHz）的机械振动能 量，在工件表面产生塑性变形并 在压力下破坏表面层，实现焊接 的方法。 它由震动剪切力、静压力、 焊区温升三个因素所决定。
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几种冷压焊方法的举例
拉伸过程中的冷压焊
压轧制板中的冷压焊
挤压中的冷压焊
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思考题
试说明等离子弧焊、电子束焊、 激光焊、电渣焊、摩擦焊、磁旋弧对 焊、磁脉冲焊、超声波焊、爆炸焊、 扩散焊、铝热焊、高频焊、冷压焊等 焊接工艺的热源是如何产生的？以及 它们各自的应用范围 ？
冷压对焊
冷压搭接焊（冷压点焊）
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2.冷压焊的特点及应用
1） 特点 （1）焊接过程中可行的变形速度既不会引起接头的 升温，也不存在界面原子的扩散。因此，不会 产生软化区、热影响区和脆性金属中间相。 （2）结合面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形 象，使接触面大，其接头强度不低于母材。 （3）压力是唯一的外加能量。单位压力通常要比被 焊材料的σs（屈服强度）大许多倍。 F=PS F—焊接压力（N） P—单位压力（Mpa） S—焊件的横截面积（mm² ） （4）由于不需加热，不需填料，设备简单。 （5）易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高， 成本低。
固相扩散焊
液相扩散焊
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2）影响扩散过程和程度的主要工艺因素
（1）温度：
影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影 响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊 温度一般高于1/2金属熔化温度。 0.6～0.8Tm（Tm母材熔点）。
（2）压力：
主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑 性变形不足。0.5～50Mpa。
超声波焊接接头形式
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（2）切向传递到焊接表面
金属超声波焊可分为点焊、环焊、缝焊。
① 超声波点焊
超声波点焊示意图
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③ 超声波环焊
② 超声波缝焊
声波电极的端部是 圆盘状，振动器装在可 转角的波节K1上，力作 用在振动波节K2上。焊 接速度为0.4～10mm/min。