超声波焊接机进行金属材料的焊接机理与条件

目前有越来越多的金属材料也开始使用超声波焊接机了，超声波焊接机不再局限于塑料材料的焊接了，金属材料的超声焊接原理图如，由超声波发生器①，纵向振子②，变幅杆③，工具头④，加压装置⑤，和平台⑥等组成。

     其焊接的简单机理如下：东莞超声波焊接机发生器施加功率于换能器，换能器的振动通过变幅杆得到机械振幅放大，并传到工具头，工具头上加压力P。使强烈的超声振动力Tx在垂直压力P作用下加到被焊物上，使两金属间产生高频摩擦。换言之，由于P和Tx所引起的垂直应力和切向应力共同作用结果，使该被焊区域内金属原子的互相扩散，或相互接近状态下进行固相接合，从而两金属焊面发生了连接。其焊接所需能量(从工具头传到工件)可由下式表示。

       E=Wt   E=∫Txvdt   E=∫upvdt

       式中W为所加功率；Tx=up为作用于被焊零件平行于x轴的力；u为相对运动面的摩擦系数；P为工具头所加的压力(为垂直于被焊面的)；v为工具头振幅；t为焊接时间。

       由上面可见，超声波焊接机方面条件可以用所加工具头压力P，振幅v，焊接时间t的乘积来表示。u与工具头、工件间表面状态、工件保持方法等有关。p与被焊材料的可流动性极限盯有关．还与硬度、厚度、振幅等有关，p=so，s为工具头接触面积(若圆柱头工具，则s=xa2(a为圆柱头半径)，为了保证在焊区内能保持均匀的压力状态，通常日a≥3d，d为上部焊件厚度)。

       工具头的振幅和所加压力要根据工件的物性和尺寸，重迭等因素决定佳值。一般在5～25um范围内。所以要想得到高质量的焊接，就要使设备和工件的各种因素的偏差极小。

       下面我们进一步研究这些参数对焊接强度的影响，下图是对1mm厚的铝板，以工具头的振动位移为参量，研究压力与焊接强度关系的结果图。如压力过小，强度就不高．反之压力过大，焊接部位变形就大，强度也下降。右图曲线表明：试验厚1mm、宽14mrn的细长铝片，以焊接时间为参量，测量焊接强度与触头位移关系的结果。

       由图可知，如果振幅过大，时间过长，材料在被焊接部分的周围引起疲劳，则会导致强度下降。

       此外，我们还知道，如果设法使焊接后的变形量保持恒定，则焊接强度将都能保持恒定。为了得到高质量的焊接，可以控制焊接后的变形量使之恒定。这里可用简单的方法、控制焊接时间达到控制变形程度；也可以像目前采用微机控制的点焊机那样，根据材质及板厚，来控制超声功率输出大小和焊接时间的长短，达到焊接，使焊接强度大。

       金属材料的超声波焊接一般都在同种材料下进行焊接。不同的材料有时也能焊接。是一张可能被利用于超声波焊接机的各种金属材料组合表。表中黑方格表示能够使用超声焊接的各种组合。超声焊接可以使材料的温度效应降到低(焊区的温度不超过被焊金属的熔化温度的50％)。从而不会引起被焊金属的结构变化。超声焊接的这些优点最适宜于在微电子工业中应用。可取代热压焊接方法。在很多情况下，只有用超声焊接才能保证所希望的连接质电子工业中应用。可取代热压焊接方法。在很多情况下，只有用超声焊接才能保证所希望的连接质量。如对非常薄的金属箔的焊接、对薄膜或细丝连大零件上的焊接、生产电容器时金属导线对铝箔的焊接、半导体中的引线的焊接及集成电路输出线的连接等均需超声焊接。通过超声焊接的连接点，牢度高，塑性大，剩余应力小，质量稳定，有良好的抗疲劳性，及焊点密封性能好等特点。