超聲波焊接技術(shù)論文

超聲波焊接技術(shù)論文

　　超聲波焊接是利用超聲波頻率(超過(guò)20000赫茲)的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等材料的特殊焊接方法。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的超聲波焊接技術(shù)論文，僅供參考!

　　超聲波焊接技術(shù)論文篇一

　　超聲波焊接的研究與展望

　　摘要：超聲波焊接的節(jié)能、環(huán)保、操作方便等突出優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。超聲波焊接已廣泛應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單介紹了超聲波焊接的基本原理。概述了超聲波焊接的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)超聲波焊接的發(fā)展做了展望。

　　關(guān)鍵詞：超聲波 焊接 研究現(xiàn)狀

　　0 引言

　　1950年美國(guó)人發(fā)明了超聲波焊接技術(shù)，該技術(shù)作為特種連接技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。另外，超聲波焊接技術(shù)還廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、電器制造、新材料的裝備、航空航天及核能工業(yè)、食品包裝盒、高級(jí)零件的密封技術(shù)等方面。超聲波焊接的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：節(jié)能、環(huán)保、操作方便，這種技術(shù)對(duì)我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)起著很大的促進(jìn)作用。

　　1 超聲波焊接原理及特點(diǎn)[1]

　　超聲波焊接作為一種特殊焊接方法，通常情況下是指利用超聲波頻率(大于16KHZ)的機(jī)械振動(dòng)能量，將同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等進(jìn)行連接。通過(guò)超聲波對(duì)金屬進(jìn)行焊接時(shí)，一方面不需要向工件輸送電流，另一方面沒(méi)有將高溫?zé)嵩匆牍ぜ?，在焊接過(guò)程中，在靜壓力的作用下，將彈性震動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能，以及有限的溫升等。在母材不發(fā)生熔化的情況下，實(shí)現(xiàn)接頭間的冶金結(jié)合，因此，超聲波焊接屬于固態(tài)焊接。

　　工頻電流在超聲波發(fā)生器的作用下，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)槌暡l率(15～16KHZ)d的振蕩電流。通過(guò)磁致收縮效應(yīng)，換能器將電磁能轉(zhuǎn)換成彈性機(jī)械振動(dòng)能。放大器的作用是對(duì)振幅進(jìn)行放大，同時(shí)借助耦合桿和上聲極與并工件進(jìn)行耦合。如果換能器、放大器、耦合桿和上聲極的自振頻率相互一致，在這種情況下，系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生諧振，從而將彈性振動(dòng)能傳遞給靜壓力F的工件。兩種薄材工件通過(guò)此種能量之間的轉(zhuǎn)換被粘接在一起。

　　2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　2.1 超聲波金屬焊接的研究現(xiàn)狀

　　崔巖[2]研究超聲波焊在坦克鋁件焊修中的應(yīng)用，對(duì)鋁及鋁合金的焊接性進(jìn)行了詳盡的分析，認(rèn)為保證焊點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的重要因素是諧振頻率的精度。在超聲波焊接過(guò)程中，由于機(jī)械負(fù)荷是多變的，失諧現(xiàn)象會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)，進(jìn)而使得焊點(diǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定。根據(jù)超聲波焊的特點(diǎn)，制訂相應(yīng)的焊接規(guī)范。大量實(shí)驗(yàn)證明：通過(guò)超聲波對(duì)鋁及鋁合金進(jìn)行焊接，金屬表面致密的氧化膜可以有效地去除，進(jìn)而保證了焊接質(zhì)量。

　　華南理工大學(xué)楊圣文等人[3]推導(dǎo)了銅片-銅管太陽(yáng)能集熱板超聲波焊接接頭區(qū)域理論區(qū)域溫度公式，并利用人工熱電偶法測(cè)得焊接區(qū)域溫度，分析了實(shí)測(cè)溫度偏差產(chǎn)生的原因，結(jié)合焊接接頭的掃描電鏡(SEW)圖片進(jìn)行對(duì)比分析，研究了銅片-銅管超聲波焊接接頭的形成機(jī)理。結(jié)果表明：超聲波焊接是基于接頭區(qū)域微齒頂端處高溫、純凈金屬發(fā)生塑性變形后表面充分貼合兩個(gè)因素基礎(chǔ)上的金屬鍵合和機(jī)械嵌合而形成接頭的物理冶金過(guò)程。

　　南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院的張秋峰[4]研究了1Cr18Ni9Ti與TC4異種金屬的固態(tài)擴(kuò)散焊接工藝，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上采用超聲波加載固態(tài)擴(kuò)散焊的工藝。金相試驗(yàn)分析結(jié)果表明：采用超聲波加載擴(kuò)散焊接工藝，使不銹鋼和鈦形成了良好的連接。

　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)的閆久春、孫小磊[5]等，在敞開(kāi)環(huán)境下研究了一種適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且能夠進(jìn)行可靠連接的“超聲波振動(dòng)輔助釬焊技術(shù)”原理，同時(shí)對(duì)鋁基復(fù)合材料、鋁合金、陶瓷/鋁、玻璃/鋁焊接的初步試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了描述。焊接結(jié)果表明：在釬焊過(guò)程中，通過(guò)施加適當(dāng)?shù)某暡ㄕ駝?dòng)，母材表面氧化膜可以有效地去除，進(jìn)一步促進(jìn)了母材與釬料的潤(rùn)濕。在低溫、大氣環(huán)境下，獲得了具備微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能良好的連接接頭。

　　南昌大學(xué)的朱政強(qiáng)等人[6]用電子背散射衍射(EBSD)方法來(lái)研究超聲波焊接下鋁合金AA6061的微觀組織變化，從微觀角度里加深對(duì)超聲波金屬焊接的理解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到原始鋁箔和焊接后鋁箔的品粒取向差分布圖。通過(guò)分析品粒取向、晶粒結(jié)構(gòu)和晶界特征了解超聲波焊接對(duì)鋁合金組織和結(jié)構(gòu)的影響。

　　2.2 超聲波非金屬焊接的研究現(xiàn)狀

　　郭毓峰[7]對(duì)12μm聚對(duì)笨二甲酸乙二醇酯(PET)/30μm聚乙烯(PE)薄膜超聲波焊接工藝進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)焊接振幅在2-10μm，對(duì)焊接接頭熱合強(qiáng)度的影響不大;在焊接振幅4-7μm出現(xiàn)了焊接接頭的熱合強(qiáng)度最大值。焊接接頭的熱合強(qiáng)度隨著焊接時(shí)間的延長(zhǎng)和焊接壓力的增大表現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律。通過(guò)對(duì)不同工藝參數(shù)下焊接區(qū)域的結(jié)晶程度進(jìn)行分析，其結(jié)果顯示，接頭的結(jié)晶程度影響著PET/PE薄膜焊接接頭熱合強(qiáng)度，焊接區(qū)域試樣的結(jié)晶程度隨著焊接時(shí)間、焊接振幅、焊接壓力增加先減小后增大，焊接接頭的熱合強(qiáng)度先升高后降低。

　　趙鋼[8]等人研究超聲波焊接在汽車(chē)傳感器封裝中的應(yīng)用。講述了通過(guò)對(duì)材料、焊接方法的選擇和焊口及工裝設(shè)計(jì)與制造過(guò)程設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)傳感器封裝的方法。

　　趙仕彬[9]研究了超聲波焊接在連接器中的應(yīng)用。簡(jiǎn)明扼要地介紹了超聲波焊接的原理，結(jié)合面的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以及在連接器中的具體應(yīng)用和使用范圍。

　　西北工業(yè)大學(xué)的聶中明[10]研究了高電阻CdZnTe半導(dǎo)體(簡(jiǎn)稱(chēng)CZT)接觸電極與引線(xiàn)的超聲波焊接。認(rèn)為：CZT晶片經(jīng)機(jī)械拋光表面處理后，通過(guò)離子濺射法制備的金電極與外引線(xiàn)間具有較高的超聲波焊合率，能獲得最佳焊點(diǎn)質(zhì)量的電極厚度為180nm。此外，確定CZT接觸電極制備工藝后，楔入壓力成為影響CZT接觸電極與引線(xiàn)超聲波焊接質(zhì)量的主要因素，焊接功率則為次要因素。

　　3 總結(jié)

　　目前，對(duì)超聲波金屬的焊接機(jī)理認(rèn)識(shí)不足，超聲金屬焊接作為一種固相焊接方法，或者說(shuō)是金屬間的“鍵合”過(guò)程，在焊接過(guò)程中，是否無(wú)金屬熔化還有待進(jìn)一步研究。還有在材料焊接中應(yīng)用超聲波，雖然焊接效果比較好，但是對(duì)于由超聲波發(fā)生器、聲學(xué)系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相結(jié)合的整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在穩(wěn)定性、可操作性、可靠性等方面依然存在問(wèn)題，所以聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及聲學(xué)系統(tǒng)與試件之間的連接方式等都非常重要。另外，從微觀力學(xué)的角度研究超聲波振動(dòng)對(duì)晶粒和織構(gòu)的影響也是未來(lái)研究的重要方向。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[8]趙鋼，曹智，董雙輝.超聲波焊接在汽車(chē)傳感器封裝中的應(yīng)用[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(4)：25-28.

　　[9]趙仕彬.超聲波焊接在連接器中的應(yīng)用[J].機(jī)電元件，2006(4)：36-39.

　　[10]聶中明，傅莉，任潔，查鋼強(qiáng).CdZnTe接觸電極與引線(xiàn)的超聲波焊接[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2009，19(5)：919-923.

　　超聲波焊接技術(shù)論文篇二

　　超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探索

　　【摘 要】本文通過(guò)對(duì)超聲波焊接技術(shù)原理的闡述及對(duì)超聲波影響因素的探究，分析超聲波焊接技術(shù)的優(yōu)劣，結(jié)合筆者的設(shè)計(jì)實(shí)踐，探索超聲波焊接技術(shù)的發(fā)展，拋磚引玉，就基于超聲波焊接技術(shù)未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行探索。

　　【關(guān)鍵詞】超聲波;焊接技術(shù);工業(yè)產(chǎn)品

　　Ultra-sonic Welding Technology in the Application of Industrial Product Design’s Exploration

　　HE Jun-hua1 MA Wen-juan2 LV Shuang-shuang3 WENG Mao-hong1 GUAN Jun1 GONG Yun1

　　(1.School of Engineering， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;

　　2.School of Agricultural and Food Science， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China;

　　3.School of Landscape Architecture and Architecture， Zhejiang A&F University， Lin’an Zhejiang， 311300， China)

　　【Abstract】The article through to the illustration of the principle of ultra-sonic welding and the affecting factors of ultra-sonic probe， analyseing the advantages and disadvantages of ultra-sonic welding technology， combined with the author’s design practice， explore the development of ultrasonic welding technology， topic and is based on the exploration on the application felid of ultra-sonic welding technology in the future.

　　【Key words】Ultra-sonic; Welding technology; Industrial product

　　在工業(yè)產(chǎn)品制作中，經(jīng)常會(huì)用到一些工業(yè)材料，像塑料、金屬、木材等一些其他工業(yè)材料。在日常生活中我們經(jīng)常會(huì)看到某件產(chǎn)品不只用一種材料來(lái)制作;我們也經(jīng)?？吹揭患a(chǎn)品由多個(gè)部分組成、并且各部分之間還會(huì)產(chǎn)生空隙，這不僅會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，還會(huì)影響產(chǎn)品的美觀度。這就要求把它們彼此之間焊接起來(lái)。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)焊接技術(shù)的要求越來(lái)越高，目前傳統(tǒng)的焊接技術(shù)不但成本較高，而且焊接的質(zhì)量不高，往往會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的縫隙。因此人們希望運(yùn)用新的焊接技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　1943年，在總結(jié)前人理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，美國(guó)的Behl發(fā)明了超聲波焊，從此推動(dòng)了超聲波焊接技術(shù)的發(fā)展。由于超聲波焊接技術(shù)具有節(jié)能、無(wú)須裝配散煙散熱裝置、焊接時(shí)無(wú)須焊接附件、成本低、效率高、密封性好、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，超聲波焊接技術(shù)發(fā)展的越來(lái)越快。

　　1 超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　像在航空航天、核能工業(yè)、電子工業(yè)等這樣一些精度要求很高的工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域中，使用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)很難達(dá)到技術(shù)要求，而且成本高、效率低。目前，超聲波焊接技術(shù)在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，像醫(yī)療機(jī)械、包裝、五金等行業(yè);能焊接的產(chǎn)品也很多，像汽車(chē)零部件、光學(xué)鏡頭、U盤(pán)等。

　　2 超聲波焊接技術(shù)的原理和特點(diǎn)

　　超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，因此能量大。超聲波焊接是利用超聲波頻率(超過(guò)20000赫茲)的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等材料的特殊焊接方法[1]。超聲波作用于熱塑性的塑膠表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒上萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲波能量傳到焊區(qū)，又由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻比較大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料制品導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)出聚集的能量，因此能量就會(huì)聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定的壓力后，就會(huì)使其融合成為一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力再持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，從而達(dá)到焊接的目的。在對(duì)金屬進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，既不向工件輸送電流也不向工件施以高溫?zé)嵩矗皇窃陟o壓力作用之下，將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ缑骈g的摩擦功、形變能及有限的溫升，使得焊接區(qū)域的金屬原子被瞬間激活，兩相界面處的分子相互滲透，最終實(shí)現(xiàn)金屬焊件的固態(tài)連接。其焊接原理示意圖如圖1所示[2]。

　　2.1 超聲波焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比較，超聲波焊接技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)焊接速度快、焊接精度高、焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高;(2)焊接范圍廣、穩(wěn)定性好、被焊接后的工件變形很小;(3)焊接物表面清潔美觀、平整光滑;(4)焊接時(shí)，不需添加焊接劑，對(duì)被加工物不產(chǎn)生污染、不產(chǎn)生有害氣體，因此是一種環(huán)保的焊接方法;(5)焊接時(shí)，只需提供較小的動(dòng)力即可進(jìn)行焊接，耗能低;(6)操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高、密封性好。

　　圖1 超聲波金屬焊接原理示意圖

　　2.2 超聲波焊接技術(shù)的缺點(diǎn)

　　盡管超聲波焊接技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在不足之處，因此不得不加以重視。超聲波焊接技術(shù)有如下缺點(diǎn)：(1)對(duì)超聲波焊接機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠全面;(2)對(duì)金屬進(jìn)行焊接時(shí)，焊件不能太厚;(3)對(duì)超聲波焊接技術(shù)的影響因素比較多，不易進(jìn)行把握分析和總結(jié);(4)制造一些大功率的超聲波焊接機(jī)成本高、而且比較困難;(5)對(duì)焊接好后的工件進(jìn)行焊接處質(zhì)量檢測(cè)比較困難，因此給大批量生產(chǎn)帶來(lái)阻礙。 　　3 影響超聲波焊接質(zhì)量的因素

　　雖然超聲波焊接技術(shù)有眾多優(yōu)點(diǎn)，但其焊接質(zhì)量與熔融量、材料的材質(zhì)等因素有關(guān)，概括起來(lái)主要包括以下幾方面的因素，如圖2所示。

　　圖2 影響超聲波焊接質(zhì)量的因素

　　(1)焊接材料的材質(zhì)：一般來(lái)說(shuō)焊接質(zhì)量與材料的物性和材料的改性有關(guān)。材料的物性包括材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)等。物件的焊接質(zhì)量與材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率成正比，與其密度、熔點(diǎn)成反比。材料的改性指的是在適宜的工藝條件下加入一些填料以改善材料的原有性能，使其滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求。在適宜的工藝條件下加入一些性能相近的材料，可以提高焊接接頭強(qiáng)度。

　　(2)焊頭與焊件的接觸面：焊接面的清潔度、材料表面的粗糙度會(huì)影響焊件的焊接質(zhì)量。增加材料的表面粗糙度可以提高焊接質(zhì)量;焊接面的清潔度越高，焊接質(zhì)量也越高。

　　(3)其他因素：焊接技術(shù)的工藝參數(shù)、焊接件的結(jié)構(gòu)、連接形式、焊接時(shí)的熔融量、超聲波的功率等。為達(dá)到最佳的焊接效果，在產(chǎn)品研發(fā)階段，要對(duì)這些因素進(jìn)行綜合考慮。

　　4 超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例

　　正如以上所述，基于超聲波焊接技術(shù)的產(chǎn)品研發(fā)，先要進(jìn)行綜合考慮影響焊接質(zhì)量的因素，然后結(jié)合產(chǎn)品的市場(chǎng)前景，產(chǎn)品的成本，生產(chǎn)技術(shù)要求等條件，合理生產(chǎn)設(shè)計(jì)要素。

　　下面僅就一個(gè)設(shè)計(jì)案例――美國(guó)蘋(píng)果公司發(fā)明的超聲波塑料與金屬焊接專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行解讀，從實(shí)踐的角度來(lái)理解超聲波焊接技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。原有技術(shù)的不足：在還沒(méi)有發(fā)明這項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)之前，所有的便攜式設(shè)備(如手機(jī))不能將金屬與塑料進(jìn)行融合，因此某些部件不能用塑料部件來(lái)代替，這樣生產(chǎn)出來(lái)的手機(jī)不僅厚重、外形呆板而且缺少個(gè)性，設(shè)計(jì)上也不夠自由、缺少靈活性。并且制作成本高、操作復(fù)雜、使用不方便，按鍵操作過(guò)多時(shí)，會(huì)接觸不靈。解決案例：采用全新的超聲波塑料與金屬焊接技術(shù)，在手機(jī)內(nèi)部某些部件使用塑料材質(zhì)，減輕了手機(jī)的重量的同時(shí)也減少了金屬的使用量。在殼體方面采用一次成型工藝，使外殼更加簡(jiǎn)約、流暢，操作簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)靈活，給人一種高端、大氣的感覺(jué)。先進(jìn)的超聲波焊接技術(shù)一般還要使用多種材料融合的技術(shù)工藝，設(shè)計(jì)更加的自由和靈活，設(shè)計(jì)線(xiàn)條采用極簡(jiǎn)主義的風(fēng)格，色彩上運(yùn)用淺色，給人輕松、愉悅的感覺(jué)。在結(jié)構(gòu)上更符合超聲波焊接工作原理，使焊接質(zhì)量更佳。

　　5 針對(duì)超聲波焊接技術(shù)應(yīng)用的案例得出的結(jié)論和展望

　　通過(guò)這次調(diào)研，作者通過(guò)對(duì)超聲波焊接技術(shù)的了解，對(duì)超聲波焊接技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行研究，由于條件有限，在調(diào)查研究過(guò)程中還有不足之處，在此將在調(diào)研過(guò)程中涉及到的問(wèn)題及解決辦法總結(jié)一下，為后面進(jìn)一步研究做鋪墊。針對(duì)焊接質(zhì)量的問(wèn)題，我們得出在焊接時(shí)應(yīng)保持接觸面清潔和材料表面的粗糙度。要了解用戶(hù)需求，針對(duì)特定的用戶(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出多種不同的外觀形態(tài)，為不同的客戶(hù)量身打造;在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該考慮情趣化的問(wèn)題，設(shè)計(jì)出更加有情趣化的產(chǎn)品，營(yíng)造輕松愉悅的環(huán)境。針對(duì)超聲波焊接技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的展望，作者經(jīng)過(guò)探索發(fā)現(xiàn)可以在工作時(shí)增加音樂(lè)播放功能，使焊接過(guò)程輕松、愉快。未來(lái)的超聲波焊接技術(shù)也將更加的人性化。

　　【參考文獻(xiàn)】

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