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江蘇超聲波焊接機廠(chǎng)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備,例如導線(xiàn)焊接、多層拉片焊接、線(xiàn)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的設置。本文采用不同參數進(jìn)行了一系列實(shí)驗,并在特定焊接設備和焊頭條件下進(jìn)行了撕裂張力試驗。通過(guò)控制振幅和減少外觀(guān)問(wèn)題來(lái)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(lái)輔助各種金屬和合金的焊接過(guò)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,導致塑性變形或熔化,并通過(guò)再結晶和擴散,一種焊接方法,使兩個(gè)獨立表面的原子達到金屬鍵的形成并結合。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(guò)程中,多層材料在縱向壓力下緊密配合,同時(shí)施加橫向高頻剪切振動(dòng)。在振動(dòng)過(guò)程中,材料被壓縮和變形,剪切運動(dòng)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在20世紀50年代早期的19年代,當時(shí)它被用于晶粒細化和固化,但目前,該技術(shù)可以應用于各種軟硬金屬連接。與其他焊接設備相比,超聲波焊接設備體積小、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)域和科研應用中公認并廣泛使用的連接技術(shù)。

超聲波焊接系統由電源、傳感器、振幅調制器、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) 焊頭設計分析和焊接噴嘴振幅測試;

(2) 焊接參數的實(shí)驗研究。通過(guò)對焊接部件進(jìn)行撕裂試驗來(lái)評估焊接強度。通過(guò)對變形表面的微觀(guān)觀(guān)察來(lái)評估焊接質(zhì)量??紤]到現場(chǎng)人員的實(shí)用性,這里省略了焊接頭設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備/模具供應商提供),突出了不同焊接參數下的實(shí)驗研究結果,為現場(chǎng)工程師的參數調整提供指導。

3.焊接實(shí)驗

3.1實(shí)驗設置

使用20.8 kW個(gè)超聲波電箱20個(gè)。8kHz,焊接頭和傳感器組件通過(guò)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(gè)2kN壓力傳感器來(lái)測量焊接壓力。焊接噴嘴和焊頭底座上有滾花,見(jiàn)圖3。用鋁和銅焊接樣品,50 × 10mm,厚度0.1-0.5毫米mm。兩個(gè)金屬條的重疊面積為10 × 10mm,即超聲波焊接面積,焊點(diǎn)直徑為6毫米mm,如圖4所示。每組參數焊接5件進(jìn)行撕裂試驗,記錄平均值和標準偏差。材料組合有: 鋁、銅、鋁、銅。

2實(shí)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(diǎn)外觀(guān)

3.2分段振幅

大多數生產(chǎn)現場(chǎng)使用恒定振幅,即在整個(gè)焊接過(guò)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(shí)間、位置、功率或能量觸發(fā)。有一種做法是在焊接開(kāi)始時(shí)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(guò)度剪切損壞。在本實(shí)驗中,使用分段振幅進(jìn)行了一系列實(shí)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(shí)驗結果-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。在每組參數下測試5片撕裂張力,圖中每個(gè)誤差條代表5片撕裂張力的標準偏差。結果表明:

焊接壓力增加,焊接強度增加。在這里你需要解釋說(shuō),過(guò)度的壓力會(huì )導致過(guò)度摩擦,抑制接觸面的相對運動(dòng),并導致焊接強度降低。振幅越大,焊接強度越大。然而,40um振幅下焊接強度的波動(dòng)性 (標準偏差) 也變得更大,產(chǎn)品外觀(guān)越差。使用分段振幅40-17um不僅可以減少焊接強度分布的標準偏差 (減少波動(dòng)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(xiàn)

6銅銅焊接壓力和焊接強度曲線(xiàn)

3.4實(shí)驗結果-不同材料的焊接強度

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

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