特种焊接技术第五章超声波焊接.pptVIP

压力焊辽宁工程技术大学材料科学与工程学院特种焊*第1页，共29页，星期日，2025年，2月5日人耳只能感觉到20～20000Hz频率的声波，高于20000Hz的声波就是超声波了。超声波广泛地应用在多种技术中，超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播，它的应用就是按照这两个特点展开的。超声波焊是利用超声频率的机械振动能量和静压力的共同作用，对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压力焊方法。连接同种或异种金属、半导体、金属与金属陶瓷的方法。焊接时，利用是在静压力作用下将弹性振动能转变为工件间的摩擦功、形变能及有限升温。接头间冶金结合是在母材不熔化情况下实现的，属于固态焊接。*第2页，共29页，星期日，2025年，2月5日§1超声波焊原理及分类一、超声波焊接的原理（一）超声波特性及焊接过程金属超声波焊接时，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。因此属于固态焊接。1-发生器2-换能器3-聚能器4-耦合杆5-上声极6-焊件7-下声级A-振幅分布F-静压力V1-纵向振动方向V2-弯曲振动方向I-超声波震荡电流超声波焊原理图*第3页，共29页，星期日，2025年，2月5日在进行超声波焊接时，通常由高频发生器产生16~60KHz的高频电流，通过激磁线圈产生交变磁场，使铁磁材料在交变磁场中发生长度的交变伸缩（磁致伸缩），超声频率的电磁能便转换成为振动能，再由传送器传至声极；同时通过声极对工件加压，平行于连接面的机械振动起着破碎和清除工件表面氧化膜的作用，并加速金属的扩散和再结晶过程。适当选择振荡频率，当发生器振荡电流频率与声学系统的自振频率一致时，产生共振，在配合适当压力和焊接时间，即可获得优质接头。焊件变形率一般低于3~5％。超声波焊缝的形成过程主要由震动剪切力、静压力和接头区的升温三个因素所决定。*第4页，共29页，星期日，2025年，2月5日超声波焊接中能量转换与传递过程电网~焊件超声波发生器磁致伸缩换能器聚能器上声极传振杆空气-传播超声波声能60~80kHz电磁振荡50kHz60~80kHz机械振动16~80kHz.改变方向16~80kHz.机械振动机械振动超声波焊点区的涡流状塑性流动层*第5页，共29页，星期日，2025年，2月5日超声波焊的两个阶段第一阶段预压阶段。由于上声极超声振动，使其与上焊件间产生摩擦而造成暂时连接，然后通过它们直接将超声波传到焊件接触面上，使其产生剧烈摩擦，清除表面油污、氧化物等杂质，露出纯净的金属表面，其振幅仅为几十微米。此阶段主要是摩擦过程，相对摩擦速度与摩擦焊相近。第二阶段焊接阶段，主要是应力应变阶段。切应力方向每秒钟将变化几千次，造成摩擦，当焊件造成局部连接后，振动应力和应变将成为金属间冶金结合的条件。即在结合面上产生联生晶粒，出现再结晶、扩散、相变或金属间结合等。局部温度可达金属熔点的35~50%。*第6页，共29页，星期日，2025年，2月5日超声波焊接原理示意图*第7页，共29页，星期日，2025年，2月5日*第8页，共29页，星期日，2025年，2月5日（二）超声波焊接机理1、接触塑性流动层内机械嵌合在大多数超声波焊中出现，对连接强度起重要作用，在金属与非金属焊接时起主导作用。2、金属原子间的键合接头中常见的是显微组织在界面消失，而连接部位存在大量被歪曲的晶粒，其晶粒大小与原始晶粒度无明显差别，可认为是金属键的结合。3、焊接过程中的金属间物理冶金反应接头中存在由于摩擦生热而引起的冶金反应，如再结晶、扩散、相变及金属化合物的形成等。是有争议的问题：有人认为，焊接时间短（小于2s）再结晶、扩散、相变难以实现。4、也有人提出界面有微区熔化现象。*第9页，共29页，星期日，2025年，2月5日二、超声波焊的分类（一）根据超声波弹性振动能量转入焊件的方向不同分1