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。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。
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。 （2）温度升高阶段：在继续的超声波往复摩擦过程中，接触表面温度升高（焊区的温度约为金属熔点的35％～50％），变形抗力下降，在静压力和弹性机械振动引起的交变节应力的共同作用下，焊件间接触表面的塑性流动不断进行，使已被破碎的氧化膜继续分散甚至深入到被焊材料内部，促使纯金属表面的原子无限接近到原子能发生引力作用的范围内，出现原子扩散及相互结合，形成共同的晶粒或出现再结晶现象。 （3）固相接合阶段：随着摩擦过程的进行，微观接触面积越来越大，接触部分的塑性
金属材料焊接性知识要点 1. 金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2. 工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3. 使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4. 影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5. 评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6. 实验方法应满足的原则：1可比性 2针对性 3再现性 4经济性 7. 常用焊接性试验方法： A:斜Y坡口焊接裂纹试验法: 此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。 B:插销试验 C:压板对接焊接裂纹试验法 D:可调拘束裂纹试验法 一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合？了解其主要实验步骤，分析影响实验结果稳定性的因素有哪些？ 答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的） 2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。 （2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。 （3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。 （4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。 3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。 答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。 4、为什么可以用热影响区最高硬度来评价钢铁材料的焊接冷裂纹敏感性？焊接工艺条件对热影响区最高硬度有什么影响？ 答：因为（1）.冷裂纹主要产生在热影响区； （2）其直接评定的是冷裂纹产生三要素中最重要的，接头淬硬组织，所以可以近似用来评价冷裂纹。 一般来说，焊接接头包括热影响区，它的硬度值相对于母材硬度值越高，证明焊接接头的
哈尔滨工业大学 金属工艺学课程论文 题目：超声波金属焊接技术的综合介绍 院系：能源科学与工程学院 专业：能源与动力工程
班级： 1502403 学号： 1150240325 姓名：石嘉成 超声波金属焊接技术的综合介绍 石嘉成1 (1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院） 摘要：本文主要介绍特种焊接中的超声波金属焊接技术，将从超声波焊金属接技术的应用背景、工艺过程、特点及实际应用情况及最新发展等发面展开介绍。通过文献的查阅得到了以下的结论：超声波焊接的应用越来越广泛，它具有能耗低、压力小、速度快、稳定性高、程序简便、精度高等优点，虽然对仪器的要求较高导致成本较高，但是仍不失为一种很有前景的焊接技术。 关键词：超声波焊接；金属；工艺过程；文献查阅
1.超声波金属焊接技术应用背景 超声波金属焊接起源于1950年的美国1。超声波金属焊接在电子工业、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，加上其节能、环保、操作方便等突出优点，对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接将发挥很大的促进作用2。 2.超声波焊接技术的原理及工艺过程 2.1超声波金属焊接技术的原理 超声波金属焊接主要过程是被夹持在一起的两块工件受到硬砧和焊接端头之间的静压力，将超声波能量传输给工件顶部，维持短暂的时间，待结合表面之间的摩擦破碎氧化膜和其它沾污，每个表面上暴露出清洁新生的金属，从而使两个表面相互结合。一旦两表面处于一个原于间距内，就会产生金属型结合，由于超声波清理作用是连续的，就没有时间来形成阻碍原于接近的新氧化膜。完成最终的冶金结合时，无电弧和飞溅，无焊缝金属的熔化，铸造组织无熔化，厚度变形也很小3。 2.2超声波金属焊接技术的工艺过程 如图1所示，超声波焊接过程分为4个阶段： 第1阶段：焊头与零件接触，施压并开始振动。摩擦发热量熔化导能筋，熔液流入结合面。随着两零件之间距离的减少，焊接位移量（两零件之间由于熔体流动产生的距离减小值）开始增加。起初焊接位移量快速增加，然后在熔化的导能筋铺展并接触下零件表面时放慢增速。在固态摩擦阶段，发热是由于两表面之间的摩擦能和零件中的内摩擦产生的。摩擦发热使聚合物材料升温至其熔点。发热量取决于作用频率、振幅和压力4。
★超声波焊接是热塑性塑料在超声波振动作用下，由于表面分子间摩擦生热而使两块塑料熔接在一起的焊接方法。 超声波金属焊接: 1、超声波金属焊接 超声波金属焊接的优点在于快速、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。超声波金属焊接是一种机械处理过程，在焊接过程中，并无电流在被焊件中流过，也无诸如电焊模式的焊弧产生，由于超声焊接不存在热传导与电阻率等问题，因此对于有色金属材料来说，无疑是一种理想的金属焊接设备系统，对于不同厚度的片材，能有效地进行焊接。 超声波焊接原理: 超声波塑料焊接机超声波塑料焊接原理 当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。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积 原理分析图
超声波焊接优点: 1、超声波塑料焊接优点：焊接速度快，焊接强度高、密封性好；取代传统的焊接/粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护。 2、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。 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。 超音波的熔焊应用方法: 一、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。二、铆焊法：将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。三、埋植：藉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缓慢之缺点。四、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。五、点焊：A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。六、切割封口：运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。超声波金属焊接机2、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作间的摩擦功、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．超
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。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
第一章 1、焊接：是通过加热或加压，或两者并用，并且添加或不添加材料，使工件达到永久性连接的一种方法 2、焊接成形技术有如下特点：（1）焊接可以将不同类型、不同形状尺寸的材料连接起来，可使金属结构中材料的分布更合理。（2）焊接接头是通过原子间的结合力实现连接的，刚度好、整体性好，在外力作用下不像机械连接那样产生较大的变形；而且，焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其它连接方法无法比拟的。（3）焊接加工一般不需要大型、贵重的设备。因此，是一种投资少、见效快的方法。同时，焊接是一种“柔性”加工工艺，既适用于大批量、又适用于小批量生产。（4）焊接连接工艺特别适用于几何尺寸大而材料较分散的制品，焊接还可以将大型、复杂的结构件分解为许多小型零部件分别加工，然后通过焊接连接整体结构。 3、焊接可分为熔焊、压焊、钎焊。 4、熔焊有：电弧焊{熔化极电弧焊【焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊（GMAW）、 焊、螺柱焊、】非熔化极电弧焊【钨极氩弧焊（GTAW）、等离子弧焊、氢原子焊】}；CO 2 气焊{氧-氢火焰、氧-乙炔火焰、空气-乙炔火焰、氧-丙烷火焰、空气-丙烷火焰}；铝热焊；电渣焊；电子束焊{高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊}；激光焊{CO 激 2 光焊、Y AG激光焊}；电阻点焊；电阻缝。 5、压焊有：闪光对焊、电阻对焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散焊、摩擦焊。 6、钎焊有：火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊{空气炉钎焊、气体保护钎焊、真空炉钎焊}、盐浴钎焊、超声波钎焊、电阻钎焊、摩擦钎焊、金属熔钎焊、放热反应钎焊、红外线钎焊、电子束钎焊。 7、熔焊：利用一定的热源，使构件的被连接位居部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法 8、压焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个连接面的不平度，除去氧化物及其他污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法 9、钎焊：采用熔点比母材低的材料作为钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头间隙，融化钎料润湿母材表面，冷却后结晶形成冶金结合的方法。 第二章 1.电弧焊是利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。 2.电弧是一种气体导电现象，电弧稳定燃烧时，参与导电的带电粒子主要是电子和正离子。这些带电离子是通过电弧中气体介质的电离和电极的电子发射这两个物理过程而产生的。 3.气体电离主要有：热电离、电场电离、光电离，而且在电弧温度下是以一次电离为主。 4.电极的电子发射有：热发射、电场发射、光发射、碰撞发射。 5.电弧对外界呈现电中性。 6.电弧是由阴极区、弧柱区、阳极区三部分构成。 7.阴极斑点：阴极斑点是指阴极表面局部出现的发光强、电流密度很高的区域。形成条件： ①该点具有可能发射电子的条件②电弧通过该点时能量消耗较小。特点：自动跳向温度高、热发射能力强的物质上；自动寻找氧化膜的倾向。 8.弧柱的电离以热点里为主，电弧放电具有小电压、大电流的特点。 9.阳极斑点：阳极斑点是指阳极表面局部出现的发光强、电流密度大的区域。形成条件：首
超声波线束焊接工艺优势 发表时间：2019-03-12T10:25:00.360Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：陈钰 [导读] 摘要：随着科学技术的发展，我国的超声波线束焊接技术有了很大进展。 徐州徐工汽车制造有限公司江苏省徐州市 221100 摘要：随着科学技术的发展，我国的超声波线束焊接技术有了很大进展。在众多线束中，尤以铜质材料的线束应用最为广泛。由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里，所以为了便于能量和控制信号的传播，这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。超声波线束焊接作为一种线束之间的连接方式，以其独特的优点逐渐在那些对高质量电气结合性能的金属线束相关行业成为主流。 关键词：超声波焊接；发展状况；发展趋势 引言 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接合。无论是超声波塑料焊接还是超声波金属焊接，基本原理都大致相同，但是由于金属材料与塑料的差异，超声波金属焊接要求有更高的精度以及更高的功率容量和低的阻抗，因此对超声波发生器和换能器等组件的要求更加严苛，正是这些要求，使得早期用于焊接塑料的超声波焊接装置和技术不能胜任金属材料的焊接。 1概述 ①超声波：一种高于人类听力上限的声波。由于它可以产生高频率的振动，使得我们可以利用它来进行非铁金属焊接。②线束：线束是为一定的负载源提供电力或者信号的载体，其在设备内部就像血管和神经网络一样分布广泛，传输能量和控制信号。所以线束广泛应用于汽车、工程机械设备、农用设备、轮船、航空航天设备、家用电器等行业。而在众多线束中，尤以铜质材料的线束应用最为广泛。由于铜制线束在这些设备中的长度可能高达几公里，所以为了便于能量和控制信号的传播，这些线束都是通过焊接或者压接的方式灵活有序地连接组织在一起的。 2超声波金属焊接原理 超声波金属焊接是在19世纪30年代偶然发现的。当时在做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，超声波焊接时间很短，局部焊接区温度低于金属的再结晶温度；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小得多。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、变形和破坏而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件的界面处产生塑性变形。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。目前较为公认的一种对超声波金属焊接原理的解释为：焊接金属材料时，由超声波发生器产生超生频率振动电流，再由换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械振动能，并通过声学系统向焊件输入。两被焊工件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下，通过摩擦、温升和变形，使氧化膜或其他表面附着物被破坏，并使纯净界面之间金属原子无限接近，产生结合与扩散，实现可靠连接。 3传统与现代的工艺区别 传统的电阻焊接方式在焊接时向线束输送大电流，导致线束金属温度急剧升高，直至熔融状态，从而破坏了金属固有的原子排列结构，导致焊接点的电阻显著升高，在电气传输过程中这个焊接点的电压降明显增大，不利于能量和信号的传输。同时也会导致焊接点的金属被氧化，从而使得焊接点容易发生脆性断裂。超声波线束焊接则是通过焊头将超声频率(超过人耳所能听到的声音频率)的机械振动能量施加在金属线束上，同时在金属线束上施加一定的压力，从而使得金属材质在一定的温升下产生原子之间的相互渗透和扩散，最终形成稳定的结合层实现线束之间的结合。而且超声波焊接的温升很有限，远远没有达到金属的熔点，所有金属固有的原子排列结构没有被破坏，焊接点保持金属导体特性，电阻基本没有变化，电压降小到可以忽略不计。同时因为金属固有的原子排列结构没有被破坏，金属线束的机械强度也就没有任何损失。同时超声波线束焊接相比传统的电阻焊接，由于不需要通过大电流促使金属温升到熔融状态，焊接时间大大缩短(一秒以内)，焊接效率显著提升，焊接过程既快速又节能。 4超声波焊接对导线摆放操作要求 在进行超声波焊接时，需要设置有关参数，比如：导线截面积、导线对齐方式、压强、焊接间距、振幅、宽度、压力、能量等。焊接过程中，导线应垂直重叠排列，并且大截面线应在下面靠近焊接工具头，以使焊接充分；导体应紧靠铁砧面放置，彼此紧贴在一起，以使焊接后有足够的坚固性；导体重叠的长度一般设置成13~15mm，重叠长度太短焊接强度不易保证，重叠长度太长焊接端头易形成翘起，对下道工序操作不便。焊接处表面不允许出现氧化、断丝、缺损和绝缘层熔化现象。 5关键的耗材问题 另外一种传统的线束连接方式是采用U型连接端子的冷冲压接，其需要根据节点线径总和选择尺寸合适的U型端子和压接设备，每个尺寸的U型端子都要定制专门的压接模具和钳口，通过冲压的方式将线束借助U型端子连接在一起。U型连接端子的冷冲压接在焊接点只是不同线束压接在一起，没有原子之间的渗透和扩散，所以焊接点电阻比较大，电压降比较显著。而它的冷冲压接的监控只有压力一个参数，压接品质不易控制。相反，超声波线束焊接不需要任何耗材(如U型端子)和定制不同尺寸的模具和钳口，焊接成本大大降低。同时在焊接过程中，通过监控超声波焊接能量、时间、振幅和压力可以在线监控焊接品质，确保焊接品质的一致性。 6制约国内超声波金属焊接技术发展的几个关键因素 (1)换能器功率：换能器是超声波焊接设备的核心部件，金属超声波焊接要求换能器有大的功率容量、长时间的小衰减。国内大部分公司的20KHz换能器往往只能承受约1500W的负载，这和国际上领先制造商的同类产品能达到5000W还存在很大的差距，国内也尚未有见到掌握大功率超声波换能器的推-挽技术的报道。(2)超声波发生器：稳定的超声波发生器的要求必须具有频率自动跟踪功能，这样可以保证换能器系统能够始终工作在谐振状态，即达到焊头振幅的最大化。国内很多公司采用的是自激式的全桥或半桥电路，不具备频率自动跟踪的功能。这样造成的问题是当电感及电容的参数确定时，发生器的谐振频率就是个定值，不会随着温度或负载的变化而变化，而焊头及换能器的频率会随着温度及负载的变化而产生偏移，这样，焊头的振幅就会随着频率的偏移而大幅下降，这直接会导致焊接参数的变化，影响焊接稳定性。(3)焊头材料的性能：超声波金属焊接要求有高度耐磨的焊头，这样就要求焊头材料具有高硬度的性质，而超声波焊接技术本
超声波焊接机的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
超声波焊接机的工作原理 超音波焊接机的工作原理是： 是通过振荡电路振荡出高频信号由换能器转化成机械能（即频率超出人耳听觉阈的高频机械振动能），该能量通过焊头传导到塑料工件上，以每秒上几十万次的振动加上压力使塑料工件的接合面剧烈摩擦后熔化。振动停止后维持在工件上的短暂压力使两焊件以分子链接方式凝固为一体。一般焊接时间小于1秒钟，所得到的焊接强度可与本体相媲美。超声波塑料焊接机可用于热塑性塑料的对焊，也用于铆焊、点焊、嵌入、切除等加工工艺。根据产品的外观来设计模具的大小、形状。 超声波塑料焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。 1、气动传动系统 包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。 工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。 2、控制系统 控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是：一是控制气压传动系统工作，使其焊接时在定时控制下打开气路阀门，气缸加压使焊头下降，以一定压力压住被焊物件，当焊接完后保压一段时间，然后控制系统将气路阀门换向，使焊头回升复位；二是控制超声波发生器工作时间，本系统使整个焊接过程实现自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是：电源启动一触发控制信号气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间去除超声发射继续保持一定压力时间退压，焊头回升焊接结束。 3、超声波发生器
金属材料焊接性知识要 点 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
金属材料焊接性知识要点 1.金属焊接性：指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够形成完整接头并满足预期使用要求的能力。包括（工艺焊接性和使用焊接性）。 2.工艺焊接性：金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头能力。 3.使用焊接性：指焊接接头和整体焊接结构满足各种性能的程度，包括常规的力学性能。 4.影响金属焊接性的因素：1、材料本因素2、设计因素3、工艺因素4、服役环境 5.评定焊接性的原则:（1）评定焊接接头中产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据；（2）评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 6.实验方法应满足的原则：1可比性2针对性3再现性4经济性 7.常用焊接性试验方法： A:斜Y坡口焊接裂纹试验法:此法主要用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。B:插销试验C:压板对接焊接裂纹试验法D:可调拘束裂纹试验法 一问答：1、“小铁研”实验的目的是什么，适用于什么场合了解其主要实验步骤，分析 影响实验结果稳定性的因素有哪些 答：1、目的是用于评定用于评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性。评定碳钢和低合金高强钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感性时，影响结果稳定因素焊接接头拘束度预热温度角变形和未焊透。（一般认为低合金钢“小铁研实验”表面裂纹率小于20%时。用于一般焊接结构是安全的） 2、影响工艺焊接性的主要因素有哪些？ 答：影响因素：（1）材料因素包括母材本身和使用的焊接材料，如焊条电弧焊的焊条、埋弧焊时的焊丝和焊剂、气体保护焊时的焊丝和保护气体等。 （2）设计因素焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。 （3）工艺因素对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。 （4）服役环境焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。 3、举例说明有时工艺焊接性好的金属材料使用焊接性不一定好。 答：金属材料使用焊接性能是指焊接接头或整体焊接结构满足技术条件所规定的各种使用性能主要包括常规的力学性能或特定工作条件下的使用性能，如低温韧性、断裂韧性、高温蠕变强度、持久强度、疲劳性能以及耐蚀性、耐磨性等。而工艺焊接性是指金属或材料在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷和具有一定使用性能的焊接接头的能力。 比如低碳钢焊接性好，但其强度、硬度却没有高碳钢好。
超声波金属焊接机原理 一、超声波金属焊接机的工作原理 超声波金属焊接机是通过高频的机械振动对非铁磁性的金属物料工件进行焊接。在焊接过程中，将其中一个工件固定，另一个工件以20/40kHz的频率在其表面进行循环往复的振动，同时对工件施加压力，使工件间形成一种牢固的结合，从而达到焊接的效果。整个焊接过程可以被精确地控制，同时不会在金属表面产生多余的热量，焊接牢度强。 超声波金属焊接机是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给超声波焊接机转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。 超声波金属焊接机的焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置，振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料。 二、超声波的熔焊应用方法 1、熔接法：
以超声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磨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。 2、铆焊法： 将超声波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。 3、埋植： 藉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缓慢之缺点。 4、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，焊头发出超声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。 5、点焊： A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。 B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。
金属焊接大作业 题目名称：超声波焊接的发展及展望学生： 院 (系)： 专业班级： 学号(序号)：
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、国外研究现状 (4) 1.研究现状国 (4) 2.国外研究现状 (5) 四、制约国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，对目前国外金属超声波焊接设备进行了简要介绍，对国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。当用于药物和易爆材料的密封焊时，能避免一般的焊接方式因有溶解物等造成对药品的污染，不会因受热或产生火花而引发爆炸。对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接将发挥很大的促进作用。 1超声波金属焊接原理及特点 超声波金属焊接原理超声波金属焊接是在19世纪30年代偶然发现的。当时在做电流 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，超声波焊接时间很短，局部焊接区温度低于金属的再结晶温度；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小得多。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、变形和破坏而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件的界面处产生塑性变形。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。目前较为公认的一种对超声波金属焊接原理的解释为:焊接金属材料时，由超声波发生器产生超生频率振动电流，再由换能器利用逆压电效应使之转换成弹性机械振动能，并通过声学系统向焊件输入。两被焊工件的接触界面在静压力和弹性振动能量的共同作用下，通过摩擦、温升和变形，使氧化膜或其他表面附着物被破坏，并使纯净界面之间金属原子无限接近，产生结合与扩散，实现可靠连接。 1．1超声波金属焊接的优点 ①超声波金属焊接压力小，能耗低，且能焊接异种金属材料。基于这些特点，可通过 综合利用超声波金属焊接技术和数控铣削技术来使金属零件快速成形，并在成形过程中埋入功能器件来制作智能金属基复合材料等。 ②金属超声波焊机可进行点焊、连续焊，其焊接速度快。在应用围方面，即使材料间 的物理性能相差悬殊，也能很好地焊接；还可进行其他方法无法奏效的金属箔片、细丝、微小的器件及厚薄悬殊、多层金属片的焊接。 ③超声波金属焊接焊点强度高，且其稳定性好，具有高抗疲劳强度特征。 ④焊接过程无需采用水冷和气体保护，被焊工件的变形很小，焊接完成后工件无需进 行退火等热处理。超声波金属焊接过程本身包含着对焊接件表面氧化层的破碎清理作用，
培训讲义（Ⅰ） 焊接基本常识及常见焊接符号标注讲义（设计） 一、焊接方法的简介 1．焊接概念：金属的焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体，产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。 适当的手段是只加热、加压或两者并用。 2．焊接方法的分类：（1）熔化焊，（2）压力焊，（3）钎焊 （1）熔化焊方法常用的有，手工电弧焊，氩弧焊，CO2气体保护焊，埋弧焊，气焊。（2）压力焊的方法有：点焊，缝焊，超声波焊，摩檫焊，爆炸焊。 （3）钎焊的常用方法有：火焰钎焊，烙铁钎焊，电阻钎焊。 二、焊接结构的特点 1，焊接接头的突出问题：（1）几何上的不连续性（尺寸突变，焊接缺陷）。（2）力学性能的不均匀性。（3）焊接应力与残余变形的存在。 2，焊接接头的基本类型 （1）焊接接头的基本构成：由焊缝、熔合区、热影响区、及邻近的母材组成。 （2）焊接接头所起的作用：第一，是连接作用。第二是传力作用。 （3）焊缝的重要程度分两类：联系焊缝，焊缝传递很小载荷，焊缝断裂，结构不会立即失效。承载焊缝：焊缝传递全部载荷，焊缝断裂，结构立即失效。 （4）焊接结构的基本类型分为：按构造形式分为对接接头、T型（十字）接头、搭接接头、角接接头、端接接头。 三、金属材料的可焊性 1，钢材的可焊性：指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，它包含两方面内容：（1）接合性能，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性。（2）使用性能，焊接接头对使用要求的适应性。 2，影响钢材焊接性的主要因素：（1）钢的化学成分，轧制方法和板厚等因素。用碳当量Ceq 表示：钢中合金元素对焊接性的影响折合成碳元素对焊接性的影响。 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15. 当Ceq＜0。4%，焊接性好。0。4%--0。6%较差。＞0。6%很差。（2）工艺因素（3）结构因素，（4）使用条件。常见的焊接用钢材有Q235，20#，16Mn,Q345,1Cr18Ni9TI,0Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni9。 四、钢结构焊接构造设计 1，减少另部件加工的工作量。2，便于焊接操作，焊接的可达性要好，宜选用平焊或横焊的焊接位置。（3）焊缝的布置应对称于构件截面中性轴，薄壁结构采用电阻点焊，侧焊缝适当采用塞焊。（4）采用刚性较小的接头型式，避免焊缝密集和三向焊缝相交。（5）对于厚板，在T型接头、角接接头和十字接头采取防止层状撕裂措施。（6）尽量减少焊缝的数量和尺寸。（7）焊接接头宜采用对接接头、T型（十字）接头、搭接接头、角接接头和电阻点焊。（8）接头形式按GB324-88，（9）不同厚度钢板对接其厚度差允许值 （10）不焊透的对接焊缝，应按角焊缝计算强度，其有效厚度he。（11）全熔透的对接焊缝要求与母材等强时，he=S,不计余高。 五、焊接符号的标注
超声波焊接的工艺特点 超声波焊接的焊点，应有高的接合强度和合格的表面质量，除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外，还应注意与上声极接触处的焊点表面情况，不允许有裂纹和局部未熔合，因此，超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。 一、超声波焊接特点 1) 可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料（如金、银、铜、铝等）和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料（如导热、硬度、熔点等）、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。 2) 焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。 3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高，且稳定性好。 4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。 5) 形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。 6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。 二、超声波焊接的分类 超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件，主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊；近年来，双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。 （1）点焊点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动；千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统；而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机，它兼有上述两种振动系统的优点。 （2）环焊环焊方法如图5所示，主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时，耦合杆4带动上声极5作扭转振动，振幅相对于声极轴线呈对称分布，轴心区振幅为零，边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺，有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合，用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大，需要有较大的功率输入，因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。 （3）缝焊与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、弯曲振动以及扭转振动三种形式（图6）。其中最常见的是纵向振动形式，只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝，通常焊件被夹持在上下滚轮之间，在特殊情况下可采用平板式下声极。 （4）线焊它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭
熔焊原理知识问答 1 什么是焊接？常用的焊接方法分为哪几类？ 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工工艺方法称为焊接。 工件可以用各种同类或不同类的金属、非金属材料（塑料、石墨、陶瓷、玻璃等），也可以用一种金属与一种非金属材料。金属的焊接在现代工业中具有广泛的应用，因此狭义地讲，焊接通常就是指金属材料的焊接。 按照焊接过程中金属材料所处的状态不同，目前把焊接方法分为以下三类： ⑴熔焊焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法称为熔焊。常用的熔焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。 ⑵压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。常用的压焊方法有电阻焊（对焊、点焊、缝焊）、摩擦焊、旋转电弧焊、超声波焊等。 ⑶钎焊焊接过程中，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。常用的钎焊方法有火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊和真空钎焊等。 2 焊接区内有哪些气体？其来源如何？ 焊接过程中，焊接区内充满大量气体。用酸性焊条焊接时，主要气体成分是CO、H2、H2O；用碱性焊条焊接时，主要气体成分是CO、CO2；埋弧焊时，主要气体成分是CO、H2。 焊接区内的气体主要来源于以下几方面：一是为了保护焊接区域不受空气的侵入，人为地在焊接区域添加一层保护气体，如药皮中的造气剂（淀粉、木粉、大理石等）受热分解产生的气体、气体保护焊所采用的保护气体（CO2气体、Ar气）等；其次是用潮湿的焊条或焊剂焊接时，析出的气体、保护不严而侵入的空气、焊丝和母材表面上的杂质（油污、铁锈、油漆等）受热产生的气体，以及金属和熔渣高温蒸发所产生的气体等。 3 试述氮、氢、氧对焊缝金属的作用和影响 ⑴氮氮主要来自焊接区域周围的空气。手弧焊时，堆焊金属中约含有0.025%的氮。氮是提高焊缝金属强度、降低塑性和韧性的元素，也是在焊缝中产生气孔的主要原因之一。