超声波焊接原理介绍

xiaobing86203

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最近有电池包项目中的模组汇流排使用到超声波焊接工艺，最初拿到样本时一直都没搞清楚时什么工艺焊接的，甚至以为时激光焊接，走了不少弯路，特此把超声波焊接拿出来讲一讲。。。
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0 M- c6 o# M: C# l5 o6 f一、超声波焊接原理

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。
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: E* r9 O. s1 V# B+ R% G) W一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器/换能器/变幅杆/焊头三联组/模具和机架。
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超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将需要焊接的部件区域熔化。超声波不仅可以被用来焊接金属、硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜等。本片文章主要介绍金属和塑料焊接两种。
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1）超声波金属焊接原理

超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升．接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接．因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象．超声金属焊机能对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接．可广泛应用于可控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片、极耳的焊接。

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2）超声波塑料焊接原理

. V0 u6 w- Y! C- _# b4 s) X. G' Z超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。

二、超音波的熔焊应用方法

1）熔接法：1
以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生摩擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。
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  d$ f* i7 A* a: I- x# x; i2）埋植：
借着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。
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3）铆焊：
铆焊法指的是振动的焊头压制物品的突起处使其热熔为铆钉状，从而使两物体机械铆合
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4）点焊
' W$ b1 G2 U& `8 I# k; C# _# o点焊指的是对于焊线不易设计的物体进行分点焊接，，同样可达到熔接效果。

  C. g8 M2 Q- z, `5）成型
/ p0 h  O8 ]8 o7 J" B本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。

2 `% D+ h$ c4 W% h/ C6 i2 j/ u三、焊接优点

1）超声波金属焊接优点：
a、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。
7 h7 T$ C0 s8 z) R+ e) Gb、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。
c、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。
; R* V! x+ K% }9 m1 I+ m. K) ~+ l. cd、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。
e、焊接无火花，环保安全。

2）超声波塑料焊接优点：
' T: g& W! C2 @4 g; `9 L" G5 Aa、焊接速度快，焊接强度高、密封性好；
7 _* c" |6 m: z3 |+ ]( w; r% C6 c; eb、取代传统的焊接/粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；
: o6 Q9 y5 p0 v  x! Q7 O- Yc、焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护。

四、适用产品

1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。
! q6 z- \9 |4 K+ q# q2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。
3）、电线互熔，偏结成一条与多条互熔。
4）、电线与各种电子元件、接点、连接器互熔。
# G: x; O* _7 F. b+ Z; E. `5）、各种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。
2 {, a$ r4 z. J8 p6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。
7）、金属管的封尾、切断可水、气密。

五、应用前景
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针对所有的应用市场，超音波焊接其特有的优点--快捷、高效、清洁和牢固，赢得了各行各业的认可。
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3 P3 S6 M$ Y/ f8 V/ E1）汽车：（交通业）超音波可通过计算机程序控制来实施对大件和不规则工件的焊接如：保险杠、前后门、灯具、刹车灯等。随着高等级道路的发展，反光片也越来越多的采用超音波焊接。特别是这两年兴起的新能源汽车行业也开始广泛应用，如电池领域等。
5 H% G) m& o  M) S# ^1 Z2 y9 w2）家电：通过适当的调整可用于：手提日光灯罩，蒸气熨门、电视机外壳、收录、音机透明面板、电源整流器、电视机壳螺丝固定座、减蚊灯壳、洗衣机脱水槽等需要密封、牢固和美观的家电产品。
2 q8 ~7 _; s! a9 f3）包装：软管的封口，特殊打包带的连接。
  w9 |  ]' h- {0 ?4）玩具业：由于采用了超音波技术使产品清洁、高效、牢固，免除使用螺丝、粘合剂、胶水或其他辅助品，降低了生产成本，使企业在市场的竞争力大大增强。
5）电子：运用自动化方案设计使用户达到规模化生产，同时确保产品之品质需求。
6）其他商业用途：从通讯器材，电脑行业、打印设备到音像制品等，均可采用明和超音波设备，他给您带来了简捷、清洁、高效的生产方式，为您带来更多的机会。

六、电池行业样件照片

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张晓刚zxg

感谢分享，学习了

易错易混

真的学习了，感谢分享

一展刀锋

lz是做锂电池自动化的？
锂电池应该包装很容易实现，毕竟包装长度短你们频率多少20还是40Khz？
噪音方面怎样

喜鹊QX

谢谢分享，学习了。

MaGic丶Z

这个不错，支持 我们公司原来也用这个工艺

Enginer

现在的趋势基本上趋向于激光焊接了。

面壁深功

主要用在有塑胶制品的行业

liu20668

学习了哈，我们公司主要用电阻焊接

threetigher

Enginer 发表于 2017-8-2 08:09
现在的趋势基本上趋向于激光焊接了。

激光焊接和超声波焊接是不同的原理，在很多应用，只能超声不能激光。