超声波焊接工艺

其它焊接工艺ⅤIWE-3／1.15授课教师:元哲石吉林大学焊接技术培训基地IIWAuthorisedTrainingBody一、超声波焊接超声波焊接是利用超声波频率（超过16KHz）的机械振动能量，在工件表面产生塑性变形并在压力下破坏表面层，实现焊接的方法。它由震动剪切力、静压力、焊区温升三个因素所决定。IIWAuthorisedTrainingBody1.超声波焊接原理及分类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及弹性振动能的共同作用下，将机械动能转变成工件间摩擦功形变能和随之而产生的温升，从而使工件在固态下实现连接。弹性振动能量的大小取决于引入工件的振幅大小。1）工作原理超声波焊原理图IIWAuthorisedTrainingBody换能器：将电磁能转换成同频率的弹性机械振动能。磁致伸缩式——半永久性器件，工作稳定可靠，但换能效率只有20—40%。压电式——效率高，可达80～90%。但比较脆弱。聚能器：放大振幅。振幅分布与锥面形状及其放大系数有关。2）分类按声波的高频振荡能量传播方向可分两种基本类型。●垂直于焊件表面（超声波塑料焊接）●切向传递到焊接表面（超声波金属焊接）IIWAuthorisedTrainingBody（1）垂直于焊件表面超声波振动的方向与焊接表面相反，在塑性状态实现焊接。焊接接头为搭接、对接、角接等。超声波塑料焊接超声波焊接接头形式IIWAuthorisedTrainingBody（2）切向传递到焊接表面金属超声波焊可分为点焊、环焊、缝焊。①超声波点焊超声波点焊示意图IIWAuthorisedTrainingBody②超声波缝焊声波电极的端部是圆盘状，振动器装在可转角的波节K1上，力作用在振动波节K2上。焊接速度为0.4～10mm/min。③超声波环焊声波电极通过正切位置的声波供应器被激发实现扭转振动。IIWAuthorisedTrainingBody2.超声波焊的特点及应用（1）可适用于多种组合材料的焊接。（2）不会对半导体等材料引起高温污染及损伤。（3）易焊接高热导率及高电导率的材料。如金、银、铜、铝等。（4）耗用功率小。仅为电阻点焊的5%左右，焊件变形小于3～5%，焊点强度及强度稳定性平均提高约15～20%。（5）对工件表面的清洁度要求不高。1）优点IIWAuthorisedTrainingBody3）应用超声波焊广泛用于微电子器件及精加工技术，最成功的应用是集成电路元件的互连。在电子航天电器包装塑料等工业都广泛应用。2）缺点金属超声波焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而只限于丝、箔、片等薄件的焊接。大多数情况下只适用于搭接接头。IIWAuthorisedTrainingBody二、爆炸焊1.爆炸焊原理及方法爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊接的迅速碰撞，在接触面上造成塑性变形而实现连接的一种焊接方法。主要方法可分为平行法和角度法。1.放炸药的板（复合板）2.基板3.基础4.缓冲层5.炸药平行法角度法角度法IIWAuthorisedTrainingBody2.爆炸焊的特点及应用1）特点（1）将任意相同或不相同的金属材料迅速，牢固地焊接起来。（2）工艺简单，易掌握。（3）不需要大型设备和大量投资。（4）不仅能焊点焊、线焊还可以焊面焊。（5）比较经济。2）应用（1）可焊接物理和化学性质相差悬殊的金属材料。（2）可以生产复合材料。（3）可用复合材料加工成各种不同金属的过渡接头。IIWAuthorisedTrainingBody基板与复合板厚度比（1:1～10:1）基板复板炸药雷管IIWAuthorisedTrainingBodyIIWAuthorisedTrainingBodyIIWAuthorisedTrainingBodyIIWAuthorisedTrainingBody3.爆炸焊可焊材料IIWAuthorisedTrainingBody三、扩散焊1.扩散焊原理扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过待焊面产生的微量液相而扩大待焊面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合的一种焊接方法。在金属不熔化的情况下两工件之间接触距离达到（1～5）×10-8CM以内时，金属原子间的引力才开始起作用。一般金属通过精密加工后，其表面轮廓算术平均偏差为（0.8～1.6）×10-4CM。在零压力作用下接触时，实际接触面只占全部表面积的百万分之一。在施加正常扩散压力时，实际接触面仅占全部表面积的1%左右。金属真实表面示意图IIWAuthorisedTrainingBody1）扩散焊过程的三个阶段第一阶段变形和交界面的形成。在温度和压力的作用下，微观凸起部位首先接触和变形，在变形中表面吸附层被挤开，氧化膜被挤碎，凸点产生塑性变形，开始形成金属键连接。第二阶段晶界迁移和微孔的消除。原子扩散和再结晶的作用，开始形成焊缝。第三阶段体积扩散，微孔和界面消失。原子扩散向纵深发展，在界面处达到冶金连接。固相扩散焊液相扩散焊IIWAuthorisedTrainingBody2）影响扩散过程和程度的主要工艺因素（1）温度：影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊温度一般高于1/2金属熔化温度。0.6～0.8Tm（Tm母材熔点）。（2）压力：主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑性变形不足。0.5～50Mpa。（3）时间：扩散焊需要较长的时间。时间过短，会导致焊缝中残留有许多孔洞，影响接头性能。IIWAuthorisedTrainingBody2.设备由真空室、加热器、加压系统、真空系统、温度测控系统及电源等组成。1）真空扩散焊设备IIWAuthorisedTrainingBody3）热等静压扩散焊设备2）超塑成型扩散焊设备IIWAuthorisedTrainingBody3.扩散焊应用及特点1）优点：（1）接头质量好，焊后无需机加工。（2）焊件变形量小(低压力，工件整体加热，随炉冷却)。（3）一次可焊多个接头。（4）可焊一些其它方法无法焊接的材料。2）缺点：（1）设备投资大。（2）焊接时间长，表面准备耗力大，生产率低。（3）对焊缝的焊合质量尚无可靠的无损检测手段。IIWAuthorisedTrainingBody3）应用应用在一些特种材料，特殊结构的焊接中。如；航天工业、电子工业、核工业等。扩散焊可焊材料IIWAuthorisedTrainingBody四、冷压焊1.冷压焊的原理冷压焊是在室温条件下，借助压力使待焊金属产生塑性变形而实现固态焊接的方法。实质上通过塑性变形挤出连接部位的氧化膜等杂物，使纯洁金属紧密接触达到晶间结合的过程。常用冷压焊方法有搭接和对接两种。冷压搭接焊（冷压点焊）冷压对焊IIWAuthorisedTrainingBody2.冷压焊的特点及应用1）特点（1）焊接过程中可行的变形速度既不会引起接头的升温，也不存在界面原子的扩散。因此，不会产生软化区、热影响区和脆性金属中间相。（2）结合面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形象，使接触面大，其接头强度不低于母材。（3）压力是唯一的外加能量。单位压力通常要比被焊材料的σs（屈服强度）大许多倍。F=PSF—焊接压力（N）P—单位压力（Mpa）S—焊件的横截面积（mm²）（4）由于不需加热，不需填料，设备简单。（5）易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低。IIWAuthorisedTrainingBody2）应用（1）搭接焊可焊厚度为0.01～20mm的箔材、带材、板材等。常用于导线或母线的连接。（2）对接焊可焊断面为0.5mm²（手焊钳）～1500mm²（液压焊机）的异型断面的线材、棒材、板材、管材等。在电气工程中铝、铜导线、母线的焊接应用最广泛。IIWAuthorisedTrainingBody几种冷压焊方法的举例拉伸过程中的冷压焊压轧制板中的冷压焊挤压中的冷压焊IIWAuthorisedTrainingBody思考题试说明等离子弧焊、电子束焊、激光焊、电渣焊、摩擦焊、磁旋弧对焊、磁脉冲焊、超声波焊、爆炸焊、扩散焊、铝热焊、高频焊、冷压焊等焊接工艺的热源是如何产生的？以及它们各自的应用范围？