超聲波金屬焊接機(jī)是一種用于連接小零件的焊接設(shè)備，例如導(dǎo)線焊接、多層拉片焊接、線束焊接等。，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(shù)的設(shè)置。本文采用不同參數(shù)進(jìn)行了一系列實驗，并在特定焊接設(shè)備和焊頭條件下進(jìn)行了撕裂張力試驗。通過控制振幅和減少外觀問題來提高焊接強(qiáng)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，可以添加它來輔助各種金屬和合金的焊接過程，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(dǎo)致塑性變形或熔化，并通過再結(jié)晶和擴(kuò)散，一種焊接方法，使兩個獨(dú)立表面的原子達(dá)到金屬鍵的形成并結(jié)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。在焊接過程中，多層材料在縱向壓力下緊密配合，同時施加橫向高頻剪切振動。在振動過程中，材料被壓縮和變形，剪切運(yùn)動去除表面突起，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(xiàn)在20世紀(jì)50年代早期的19年代，當(dāng)時它被用于晶粒細(xì)化和固化，但目前，該技術(shù)可以應(yīng)用于各種軟硬金屬連接。與其他焊接設(shè)備相比，超聲波焊接設(shè)備體積小、重量輕、通用性強(qiáng)。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(yīng)用中公認(rèn)并廣泛使用的連接技術(shù)。

超聲波焊接系統(tǒng)由電源、傳感器、振幅調(diào)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(shè)計分析和焊接噴嘴振幅測試;

(2) 焊接參數(shù)的實驗研究。通過對焊接部件進(jìn)行撕裂試驗來評估焊接強(qiáng)度。通過對變形表面的微觀觀察來評估焊接質(zhì)量。考慮到現(xiàn)場人員的實用性，這里省略了焊接頭設(shè)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(shè)備/模具供應(yīng)商提供)，突出了不同焊接參數(shù)下的實驗研究結(jié)果，為現(xiàn)場工程師的參數(shù)調(diào)整提供指導(dǎo)。

3.焊接實驗

3.1實驗設(shè)置

使用20.8 kW個超聲波電箱20個。8kHz，焊接頭和傳感器組件通過安裝支架連接到機(jī)器支架，如圖2所示。機(jī)架上方安裝了一個2kN壓力傳感器來測量焊接壓力。焊接噴嘴和焊頭底座上有滾花，見圖3。用鋁和銅焊接樣品，50 × 10mm，厚度0.1-0.5毫米mm。兩個金屬條的重疊面積為10 × 10mm，即超聲波焊接面積，焊點直徑為6毫米mm，如圖4所示。每組參數(shù)焊接5件進(jìn)行撕裂試驗，記錄平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。材料組合有: 鋁、銅、鋁、銅。

2實驗裝置

圖3焊頭上的鼻頭和底座滾花

圖4金屬棒尺寸和焊點外觀

3.2分段振幅

大多數(shù)生產(chǎn)現(xiàn)場使用恒定振幅，即在整個焊接過程中振幅保持不變。還有另一種選擇，分段振幅。兩級振幅切換可以由時間、位置、功率或能量觸發(fā)。有一種做法是在焊接開始時使用更高的振幅，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，避免對金屬板的過度剪切損壞。在本實驗中，使用分段振幅進(jìn)行了一系列實驗，并研究了振幅與焊接強(qiáng)度和質(zhì)量之間的關(guān)系。

3.3實驗結(jié)果-相同材料的焊接強(qiáng)度

對于不同的振幅和焊接壓力，鋁和銅的焊接強(qiáng)度如圖5-6所示。鋁和銅材料厚度0.1毫米。在每組參數(shù)下測試5片撕裂張力，圖中每個誤差條代表5片撕裂張力的標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明:

焊接壓力增加，焊接強(qiáng)度增加。在這里你需要解釋說，過度的壓力會導(dǎo)致過度摩擦，抑制接觸面的相對運(yùn)動，并導(dǎo)致焊接強(qiáng)度降低。振幅越大，焊接強(qiáng)度越大。然而，40um振幅下焊接強(qiáng)度的波動性 (標(biāo)準(zhǔn)偏差) 也變得更大，產(chǎn)品外觀越差。使用分段振幅40-17um不僅可以減少焊接強(qiáng)度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (減少波動性)，還可以顯示出更好的焊接強(qiáng)度。在相同的焊接強(qiáng)度下，鋁焊接強(qiáng)度優(yōu)于銅。

圖5鋁焊接壓力和焊接強(qiáng)度曲線

6銅銅焊接壓力和焊接強(qiáng)度曲線

3.4實驗結(jié)果-不同材料的焊接強(qiáng)度

當(dāng)焊接不同的材料時，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(jié)合比銅板上鋁板的結(jié)合具有明顯更好的焊接強(qiáng)度。當(dāng)焊接壓力大于500-600N時，在恒定振幅或分段振幅下的焊接強(qiáng)度顯著降低，因為材料容易與焊頭結(jié)合，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。在此過程中，可以觀察到材料硬度和表面粗糙度顯著影響焊接強(qiáng)度。