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高新技術企業ISO9001
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金屬材料超聲波點焊機原理及應用介紹
超聲波點焊是一種固態焊接技術，其熱影響區小，焊接強度高，能耗低、接頭導電性好，為科技界和產業界所關注。該技術的缺點是對工件的厚度及硬度比較敏感，當厚度和硬度增加時，焊接系統將變得不穩定，需要更大的金屬表面抓緊力和焊接功率;在焊接異種金屬時，界面擴散形成的金屬間化合物造成焊接界面力學性能失控，影響產品的使用性能。
能源危機和環境危機迫切要求工業生產以低能耗、環境友好的方式進行，尤其是發展中國家。工業制造不可避免地將會涉及到材料的連接問題，僅就汽車產業為例，我國擁有120家大型汽車廠和上千萬的汽車年生產量，一輛汽車上有5000個以上的焊點，因此研究和發展成本低、性能高、能耗少、無污染的焊接方式十分必要。超聲波點焊由于其焊接能耗和成本低、時間短、熱影響區小、強度高且接頭電阻系數接近于零，可用于金屬加工、材料成型、箱盒包裝、電器醫療和精密儀器連接等，在電子、汽車、航空航天產業領域有較大的應用潛力，因而廣受關注。
1.超聲波點焊機原理及特點
超聲波點焊機是通過高頻機械振動(20～50kHz)和恒定靜壓力使焊接工件的接觸面受到剪切力，并在界面產生高應變塑性變形和較高溫度，將機械能轉換成熱能和塑性耗散能，使焊接界面相互結合，達到材料永久性連接的目的。目前，超聲波點焊機主要分為兩類:第一類是塑料用超聲波點焊機，主要用于塑料制品的焊接，其振動方向垂直于板材表面;第二類是金屬用超聲波點焊機，其振動方向平行于板材表面。
金屬用超聲波點焊機從結構上分為兩類:一是雙聲級焊接設備，采用耦合式振動，振幅采用電路補償，無需專門設置振幅參數，換能器橫置，振動方向為橫向;二是單聲級焊機，上部為焊頭，下部是鐵砧，振幅可調，振動方向為縱向。
單聲級超聲波點焊機的工作原理如圖1a所示。
設備利用發生器將50Hz電流轉換為16～80kHz諧振電流，換能器將該電流轉變為彈性機械能，變幅桿對機械能的振動幅度進行放大，在靜壓力作用下，放大后的機械能經上聲極傳遞給工件，工件在上聲極和鐵砧作用下產生相對摩擦，摩擦即造成材料焊接界面微區變形，產生變形熱，促使界面原子擴散，從而使工件達到固相連接狀態。其中需要注意的是雙聲極焊機的下端不是鐵砧，而是下聲極焊頭，其作用原理與單聲級焊機一致，但控制機制存在差異。塑料用超聲波點焊機的焊接原理與金屬超聲波點焊機的焊接原理基本相同，區別在于換能器和變幅桿豎直安裝，其振動方向與板材表面垂直(如圖1b所示)。
超聲波焊接技術的迅猛發展得益于其獨特的焊接優勢。
(1) 操作方便，能在傳統電弧焊不方便作業的位置發揮作用;
(2)對環境的要求低，占地面積小，無需專業粘結劑，焊接無火花與飛濺，對于構建資源節約型和環境友好型社會意義重大;
(3)屬于固態焊接，無熱熔焊接的熔融過程和疏松缺陷，焊接強度較高，用于異種金屬焊接具有明顯優勢;
(4)成本低，對焊接表面無特殊要求，無需進行焊接前的清理工作，能焊接氧化或電鍍的金屬表面;
(5)焊接件的導電、導熱性好，接頭電阻系數極低甚至接近零;
(6)自動化控制程度高。
2.超聲波點焊機工業應用
超聲波點焊在工業上最早被用于塑料制品的焊接。隨著金屬用超聲波點焊機的出現，工業界在利用其焊接電纜線時，發現其電阻系數基本無改變，金屬不產生高溫和熔化現象，焊接件也不需要進行預處理，使得超聲波點焊在電器元件領域取代了電阻點焊的地位，主要用于絲、線、箔等的焊接。近10年來，隨著大或者超大功率焊機的出現，其應用拓展到了新能源汽車的電池包和航天電池、傳統金屬加工、材料成型、箱盒包裝等。
超聲波點焊技術是快速、環保、安全的焊接方式，同時也是目前最先進的連接工藝之一，因其獨特的優勢而被研究者廣泛關注。
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