超声波焊

本文由楼承板 冷凝壁挂炉 联合整理发布 超声波焊技术的研究现状

摘 要：超声波焊是一种固相连接技术，在电子、电器、新材料（玻璃、陶瓷和硅片）以及塑料等领域得到广泛的应用。本文从超声波焊的原理以及工艺参数出发，综述了这一技术在最近几年来的研究现状，着重总结了超声波焊的新进展以及焊接工艺参数及优化

前言

超声波焊是利用超声波频率（超过16kHz）的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷的特殊焊接方法；焊接时既不向工件输送电流，也不向工件引入高温热源，只是在静压力下将弹性振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及随后有限的温升；接头间的冶金结合是在母材不发生熔化的情况下实现的，因而是一种固态焊接[1]。工作原理如附图所示。随着超声波应用的广泛，这一领域引起了学者广泛的关注和兴趣。本文将从超声波焊的焊接工艺参数以及新进展等两方面对2005~2011年间的研究现状作一综述。

1 超声波焊工艺参数

超声波焊接的主要工艺参数为功率P、焊接时间t、静压力F及振幅A以及振动频率f。

1.1 功率P[1]

功率P主要由工件的厚度δ及材料的硬度H所确定，公式为：P=KH3/2δ3/2, K为系数。

1.2 振幅A[1]

振幅常常被用来表示功率的大小, 公式为：P=μSFν=4μSFAf，振幅值大小与聚能器的放大系数有关，常见振幅为5~25μm。

1.3 静压力F[1]

静压力是直接影响功率输出及工件变形条件的重要因素，主要由材料厚度及硬度所确定。

1.4 焊接时间t[2]

超声波焊接时间是指功率输入工件的时间。焊接时间太短时，焊接接头强度不足，甚至未焊合；焊接时间太长时，焊接接头容易产生疲劳损伤。

随着超声波焊广泛的应用，对超声波焊接工艺参数优化的研究也越来越广泛。如Sooriyamoorthy Elangovan[3][4] 等人对Al-Al、Al-Al2O3和Cu-Cu超声波焊接进行了工艺研究，研究表明：在Al-Al焊接时，最佳工艺参数为焊接时间2.5s、本文由楼承板 冷凝壁挂炉 联合整理发布 焊接压力2.5bars和振幅45μm；Al-Al2O3焊接时，最佳工艺参数为焊接时间2s、焊接压力2bars和振幅45μm；Cu-Cu焊接时，最佳工艺参数为焊接时间2.25sec、焊接压力2bars和振幅50μm。

超声波焊接方法与工艺

班级：成型二班

一、超声波焊接的工作原理

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40 KHz 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，将塑料熔化。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、超声波焊接材料的分类

1、超声波塑料焊接

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。

2、超声波金属焊接

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。

三、超声波焊接的特点

超声波焊是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性朔料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结。它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术。 超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果 。

超声波金属焊接由于在焊接过程中，既无电流在被焊体中流过，也无诸如电焊模式的电弧产生，也不顾虑在热传导与电阻率等问题。因此对于不同厚度的有色金属箔、片、带材等式都能有效地进行理想焊接，尤其是对最难焊接的铝及其合金材质的焊接质量，更能突出其无可比拟的优越性能。

1.优点

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。除此之外，无需装备散烟散热的通风装置 ，成本低,效率高 ，容易实现自动化生产。

2006-09-04 | 焊接专业英语词汇（压焊（电阻焊摩擦焊爆炸焊扩散焊超声波焊等））

压焊pressure welding

电阻焊 resistance welding (RW)

点焊 spot welding; resistance spot welding

凸焊 projection welding

缝焊 seam welding

滚点焊 roll-spot welding

连续点焊 stitch welding

多点焊 multiple spot welding

手压点焊 push welding; poke welding

脉冲点焊 pulsation spot welding; multiple-impulse welding

双面点焊 direct spot welding

单面点焊 indirect spot welding

串联点焊 series spot welding

多点凸焊multiple projection welding

频道进缝焊 step-by-step seam welding

压平缝焊 mash seam welding

串联缝焊 series seam welding

对接缝焊 butt seam welding; foil-butt seam

电阻对焊 upset butt welding

闪光对焊 flash butt welding (FBW)

储能焊 stored energy welding

电容储能点焊 condenser discharge spot welding

高频电阻焊 high frequency resistance welding

冲击电阻焊 percussion welding

胶接点焊 spot weld-bonding; weld-bonding

闪光 flashing; flash

过梁 bridge; lintel

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