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江蘇超聲波焊接機廠家-超聲波焊接金屬原理

2017-10-04 01:17

超聲波金屬焊接機是一種用于連接小零件的焊接設(shè)備,例如導(dǎo)線焊接、多層拉片焊接、線束焊接等。,并且還可以連接一些較厚的金屬板,這取決于焊接條件和參數(shù)的設(shè)置。本文采用不同參數(shù)進(jìn)行了一系列實驗,并在特定焊接設(shè)備和焊頭條件下進(jìn)行了撕裂張力試驗。通過控制振幅和減少外觀問題來提高焊接強度和質(zhì)量。光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡用于研究焊縫質(zhì)量。

熔焊: 加熱要連接的工件,使其局部熔化,形成熔池。熔池冷卻并凝固,然后加入。如有必要,可以添加它來輔助各種金屬和合金的焊接過程,不要加壓。焊縫接觸面為液體和液體。

壓力焊接: 在加熱或不加熱的情況下,對組合焊接件施加一定的壓力,導(dǎo)致塑性變形或熔化,并通過再結(jié)晶和擴散,一種焊接方法,使兩個獨立表面的原子達(dá)到金屬鍵的形成并結(jié)合。焊接焊接接觸面堅固耐用。

2.超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接是一種壓力焊接工藝。在焊接過程中,多層材料在縱向壓力下緊密配合,同時施加橫向高頻剪切振動。在振動過程中,材料被壓縮和變形,剪切運動去除表面突起,去除表面氧化物和污染物,并增加焊接部件之間的接觸面積。

超聲波金屬焊接早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代早期的19年代,當(dāng)時它被用于晶粒細(xì)化和固化,但目前,該技術(shù)可以應(yīng)用于各種軟硬金屬連接。與其他焊接設(shè)備相比,超聲波焊接設(shè)備體積小、重量輕、通用性強。此外,焊接工藝不需要任何輔助材料,生產(chǎn)效率高,環(huán)境友好。因此,超聲波焊接已成為許多工業(yè)領(lǐng)域和科研應(yīng)用中公認(rèn)并廣泛使用的連接技術(shù)。

超聲波焊接系統(tǒng)由電源、傳感器、振幅調(diào)制器、焊頭、底座和框架組成。

在焊接研究中,為了改進(jìn)焊縫的焊接接縫和質(zhì)量,進(jìn)行了兩項研究:

(1) 焊頭設(shè)計分析和焊接噴嘴振幅測試;

(2) 焊接參數(shù)的實驗研究。通過對焊接部件進(jìn)行撕裂試驗來評估焊接強度。通過對變形表面的微觀觀察來評估焊接質(zhì)量。考慮到現(xiàn)場人員的實用性,這里省略了焊接頭設(shè)計分析和焊接噴嘴振幅測試部分 (該部分的分析和檢驗報告由設(shè)備/模具供應(yīng)商提供),突出了不同焊接參數(shù)下的實驗研究結(jié)果,為現(xiàn)場工程師的參數(shù)調(diào)整提供指導(dǎo)。

3.焊接實驗

3.1實驗設(shè)置

使用20.8 kW個超聲波電箱20個。8kHz,焊接頭和傳感器組件通過安裝支架連接到機器支架,如圖2所示。機架上方安裝了一個2kN壓力傳感器來測量焊接壓力。焊接噴嘴和焊頭底座上有滾花,見圖3。用鋁和銅焊接樣品,50 × 10mm,厚度0.1-0.5毫米mm。兩個金屬條的重疊面積為10 × 10mm,即超聲波焊接面積,焊點直徑為6毫米mm,如圖4所示。每組參數(shù)焊接5件進(jìn)行撕裂試驗,記錄平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。材料組合有: 鋁、銅、鋁、銅。

2實驗裝置

圖3焊頭上的鼻頭和底座滾花

圖4金屬棒尺寸和焊點外觀

3.2分段振幅

大多數(shù)生產(chǎn)現(xiàn)場使用恒定振幅,即在整個焊接過程中振幅保持不變。還有另一種選擇,分段振幅。兩級振幅切換可以由時間、位置、功率或能量觸發(fā)。有一種做法是在焊接開始時使用更高的振幅,促使焊接界面以更高的速度 “擦洗” 表面,并在緊密接觸的表面上建立固態(tài)焊接。然后減小振幅以減少摩擦熱產(chǎn)生和軟化程度,避免對金屬板的過度剪切損壞。在本實驗中,使用分段振幅進(jìn)行了一系列實驗,并研究了振幅與焊接強度和質(zhì)量之間的關(guān)系。

3.3實驗結(jié)果-相同材料的焊接強度

對于不同的振幅和焊接壓力,鋁和銅的焊接強度如圖5-6所示。鋁和銅材料厚度0.1毫米。在每組參數(shù)下測試5片撕裂張力,圖中每個誤差條代表5片撕裂張力的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明:

焊接壓力增加,焊接強度增加。在這里你需要解釋說,過度的壓力會導(dǎo)致過度摩擦,抑制接觸面的相對運動,并導(dǎo)致焊接強度降低。振幅越大,焊接強度越大。然而,40um振幅下焊接強度的波動性 (標(biāo)準(zhǔn)偏差) 也變得更大,產(chǎn)品外觀越差。使用分段振幅40-17um不僅可以減少焊接強度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (減少波動性),還可以顯示出更好的焊接強度。在相同的焊接強度下,鋁焊接強度優(yōu)于銅。

圖5鋁焊接壓力和焊接強度曲線

6銅銅焊接壓力和焊接強度曲線

3.4實驗結(jié)果-不同材料的焊接強度

當(dāng)焊接不同的材料時,將哪種材料放在上面接觸焊頭是非常重要的。鋁板和銅板的結(jié)合比銅板上鋁板的結(jié)合具有明顯更好的焊接強度。當(dāng)焊接壓力大于500-600N時,在恒定振幅或分段振幅下的焊接強度顯著降低,因為材料容易與焊頭結(jié)合,導(dǎo)致強度下降。在此過程中,可以觀察到材料硬度和表面粗糙度顯著影響焊接強度。

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