超声波金属焊接基础知识
金属超声波焊接原理
金属超声波焊接原理
金属超声波焊接是一种利用超声波的振动能量实现金属材料的焊接的方法。
其原理是通过超声波传导介质的作用，将两个金属件通过振动碰撞实现焊接。
首先，超声波振动器会产生高频的振动能量。
这种能量被传导介质（常为液体或气体）吸收后，会引起介质分子的震动与摩擦。
这个传导介质通常被称为媒界，它能传递超声波振动能量到需要焊接的金属表面。
当超声波振动能量传入到金属表面时，由于金属结构的导电性和材料的内在阻抗，能量会转化为热能，使金属表面局部升温。
在金属局部升温的同时，超声波振动也会引起金属表面的微小振动和位移。
当两个金属件被夹紧在一起时，这种微小振动和位移能够有效地对焊接接头施加压力和摩擦力，使金属表面的氧化物层被打破，金属表面直接接触。
金属接触面的高温、高压和摩擦作用共同作用下，可以使金属原子之间的结合力得到破坏，从而实现金属原子层之间的扩散和相互结合。
随着振动时间的延长，金属原子之间的结合力得以恢复，形成一体化的焊接接头。
通过金属超声波焊接，可以实现金属材料间的无损焊接。
这种焊接方法具有焊接速度快、焊接接头强度高、焊接接头的组织状态良好等优点，在航空、汽车、电子等领域有广泛的应用。
超声波焊接技术
超声波金属焊接技术详解定义：超声波金属焊接利用高频振动波传递到需焊接的金属表面，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。
原理：超声波金属焊接是利用超声频率的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将机械能转变为内能、形变能及有限的温升。
两母材达到再结晶温度下发生的固相焊接。
在超声焊接过程中，换能器把高频电信号转化为超声振动信号，高频振动通过焊接工具头传递到待焊金属表面，界面金属氧化膜在一定的压力和超声振动的剧烈摩擦作用下破碎，界面洁净金属接触并在摩擦和超声软化的共同作用下，进一步产生塑性流动和扩散使连接面积逐渐增大最终形成可靠的连接。
系统组成：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/变幅杆/焊头三联组/模具和机架。
超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40KHz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运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。
焊头将接收到的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热能，将需要焊接的部件区域熔化。
焊接过程：过渡阶段为清除焊件表面膜和氧化物的短暂过程，稳定阶段为界面产生相互扩散并使相互扩散稳定的过程。
在过渡阶段，焊件表面氧化物膜由于强烈磨擦作用破碎，此时磨擦为主要热源，工件温度升高使工件材料屈服强度降低，有利于工件表面氧化膜破碎及发生塑性变形，对接头形成有重要作用。
稳定阶段，金属接触表面变得平滑后摩擦作用减弱，热量由于产生塑性变形而在焊接界面聚集，在此过程中的热量是由工件的塑性变形过程产生，工具头施加的压力致使界面原子之间产生作用力而形成的金属连接过程。
工艺参数的影响：超声金属焊接过程的主要工艺参数有焊接压力、焊接能量/时间、工具头振幅和工具、头齿纹与尺寸等。
超声波金属焊接机原理
超声波金属焊接机原理一、引言超声波金属焊接机是一种利用超声波振动能量将金属材料焊接在一起的设备。
它具有高效、环保、节能等优点，被广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域。
本文将详细介绍超声波金属焊接机的原理。
二、超声波的产生及特点1. 超声波的产生超声波是指频率大于20kHz的机械振动波。
在超声波金属焊接机中，通过电能转换为机械能，再通过振动器将机械能转化为超声波。
振动器通常采用压电陶瓷材料制成，当施加电场时，会发生压电效应从而产生振动。
2. 超声波的特点超声波具有高频率、短波长、高能量密度等特点。
由于其频率高于人类听觉范围，因此不会对人体造成伤害。
同时，由于其短波长和高能量密度，可以在焊接过程中快速加热并使金属材料达到熔点从而实现焊接。
三、超声波金属焊接的原理1. 原理概述超声波金属焊接是一种利用超声波振动能量将金属材料焊接在一起的技术。
其原理是通过振动器将电能转化为机械能，再将机械能转化为超声波，使工作头产生高频振动。
当工作头与被焊接材料接触时，会产生摩擦热并使材料达到熔点，从而实现焊接。
2. 焊接过程超声波金属焊接过程主要包括以下几个步骤：（1）清洁被焊件表面：清除被焊件表面的油污、氧化物等杂质。
（2）固定被焊件：将被焊件固定在夹具上以保证其不会移动。
（3）加压：通过气缸或液压系统施加压力，使工作头与被焊件紧密贴合。
（4）加热：启动超声波发生器，产生高频振动并传递给工作头。
工作头与被焊件之间的摩擦热会使材料达到熔点。
（5）冷却：停止超声波振动并冷却焊接区域，使焊缝固化。
3. 焊接参数超声波金属焊接的参数包括振幅、频率、压力和时间等。
其中，振幅是指工作头在超声波振动中的最大位移量，频率是指每秒钟振动的次数，压力是指施加在工作头上的力量，时间是指焊接持续的时间。
这些参数会影响到焊接质量和效率。
四、超声波金属焊接机的优点1. 高效超声波金属焊接机采用高频振动能够快速加热材料并实现焊接，因此具有高效的特点。
超声波金属焊接基础知识
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。
.2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔,铝箔与铝片互熔。
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。
超声波金属焊接
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。
.2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。
.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。
金属超声波焊接
金属超声波焊接随着工业技术的不断发展，金属焊接技术也在不断改进和更新。
金属超声波焊接作为一种新型的金属焊接技术，因其高效、高质、低能耗、无污染、无损伤、无需填充金属等优点，逐渐被广泛应用于航空、汽车、电子、船舶、电力、仪表等领域，成为金属焊接领域的一种重要技术。
一、金属超声波焊接的原理金属超声波焊接是利用超声波振动产生的热能和塑性变形的特点，使金属材料在高压下产生塑性变形，达到焊接效果。
金属超声波焊接系统包括超声波振动系统和焊接系统两部分。
超声波振动系统由振动源、振动放大器、振动工具和夹具等组成。
焊接系统由压力机、压头和控制系统等组成。
超声波振动系统通过振动源产生高频机械振动，通过振动放大器将高频机械振动转换成大振幅、小位移的振动，传递给振动工具。
振动工具通过其振动部分的共振，将振动能量传递到被焊接的金属件上。
金属件在振动的作用下，产生塑性变形，达到焊接的目的。
二、金属超声波焊接的优点1.高效：金属超声波焊接的焊接速度快，可以在几毫秒到几秒钟内完成一次焊接，比传统的焊接方法快几倍甚至十几倍，大大提高了生产效率。
2.高质：金属超声波焊接的焊接质量高，焊缝均匀、密实、无气孔、无裂纹，焊接强度高，能够满足高强度、高可靠性的要求。
3.低能耗：金属超声波焊接的能量消耗低，焊接时只需用到很小的焊接力和能量，不需要预热，不会产生大量的热量和电磁辐射，从而降低了能源消耗。
4.无污染：金属超声波焊接不需要使用焊接剂和填充金属，不会产生任何有害物质，不会对环境造成污染，符合环保要求。
5.无损伤：金属超声波焊接不会对焊接材料造成损伤，不会影响其性能和寿命。
6.无需填充金属：金属超声波焊接不需要填充金属，不会产生气孔、夹杂物等缺陷，从而提高了焊接质量和效率。
三、金属超声波焊接的应用1.航空航天领域：金属超声波焊接可以用于飞机、航天器等金属结构件的焊接，如翼梁、机身、机翼等。
2.汽车工业：金属超声波焊接可以用于汽车结构件的焊接，如车身、车门、车架等。
超声波焊接知识大全
超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，接下来就为大家详细的讲解一下，希望对大家有所帮助。
1、超声波金属焊接原理超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。
接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接．因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。
2、超声波塑料焊接原理超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。
又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。
3、熔接法以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生摩擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。
4、埋植借着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出。
5、铆焊铆焊法指的是振动的焊头压制物品的突起处使其热熔为铆钉状，从而使两物体机械铆合。
6、点焊点焊指的是对于焊线不易设计的物体进行分点焊接，，同样可达到熔接效果。
7、成型本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。
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第一章：超声波金属焊接机工作原理一、焊接原理简介：换能器把超声频大功率振荡信号，变换成相应频率的机械能，施加到需焊接的金属片的界面，使金属片相合处瞬间生热，进而使金属晶格中的粒子激活，使金属片相合处的分子相互渗透而焊接在一起。
超声波点焊机是一种固相焊接方法，焊件之间的连接是通过声学系统的高频弹性振动以及在工件之间静压力的夹持作用下实现的。
其中超声波发生器是一个变频装置，将工频电流改变为超声波频率的振荡电流，换能器则依靠“压电效应”将发生器馈入的超声波频率电能转换成机械振动能。
增幅器是用来放大振幅并用来耦合负载，焊件是在静压力及弹性振动能量的共同作用下，将弹性振动能量转变成工件间摩擦能、形变能和热能，致使两工件表面形成一层表面氧化膜，从而达到摩擦焊接。
当不同的金属材料焊接时，会形成混合分子界面，产生冶金焊接。
二、电路结构：超声波金属焊接机采用开关电源方式，属于D类放大。
第二章：超声波金属点焊机结构图1、超声波发生器（详细阅示意图）2、超声波机头（详细阅示意图）说明：以上个别元件会因焊接工艺不同，功能元件选用稍有改变。
例如数显继电器和PLC装置分别是使用于需要二次超声波和不需要二次超声波功能的工艺。
如需要二次超声波选用PLC装置。
超声波金属点焊机外观结构图机型图一：机型图二第三章：超声波金属点焊机操作规程及安装步骤一、工作调整1、按图示正确接线。
2、正确接入工作电源线，启动复位开关，风扇转动。
3、按“超声测试”红色按纽（接触时间必须小于1秒），观察“过载灯”，若灯亮时，说明设备有故障或频率调整不当，若灯不亮并且电流表指示在空载测试2A以内为正常（注意：空载电流偏小于2A为准，手摸模具，有油滑的感觉，听声音清脆。
）若超出2A时请重新调整频率至合符要求方可投入使用。
调节频率请打开机箱右侧小门内的频率跟踪按纽，慢速转动调节，模拟类似于调节收音机频道方法调节。
4、按下“超声测试”，如果按第3、方法处理都无法合符要求，电流表指针大于2A时，用电笔检查换能器或模具是否带强电，若带强电，表示换能器线接反，需调整后才能使用。
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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。
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。