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超声波焊接特点
编辑:中山市毅立超声波自动化设备有限公司   时间:2018-11-16

1) 可焊接的材料范围广,可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料(如金、银、铜、铝等)和一些难熔金属的焊接,也可用于性能相差悬殊的异种金属材料(如导热、硬度、熔点等)、金属与非金属、塑料等材料的焊接,还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。


  2) 焊件不通电,不需要外加热源,接头中不出现宏观的气孔等缺陷,不生成脆性金属间化合物,不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。


  3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化,其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高,且稳定性好。 


  4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小,焊前对焊件表面准备工作比较简单。


  5) 形成接头所需电能少,仅为电阻焊的5%;焊件变形小。 


  6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂,具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制,因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚,接头形式只能采用搭接接头,对接接头还无法应用。 



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超声波焊接的分类


  超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向,超声波焊接的基本类型可以分为两类:一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生相对摩擦,这种方法适用于金属材料的焊接;另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件,主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊;近年来,双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。


  (1)点焊 点焊是应用最广的一种焊接形式,根据振动能量的传递方式,可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动;千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统;而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机,它兼有上述两种振动系统的优点。


  (2)环焊 环焊方法如图5所示,主要用于一次成形的封闭形焊缝,能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时,耦合杆4带动上声极5作扭转振动,振幅相对于声极轴线呈对称分布,轴心区振幅为零,边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺,有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合,用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大,需要有较大的功率输入,因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。


  (3)缝焊 与电阻焊中的缝焊类似,超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、超声波点焊机弯曲振动以及扭转振动三种形式(图6)。其中最常见的是纵向振动形式,只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝,通常焊件被夹持在上下滚轮之间,在特殊情况下可采用平板式下声极。


  (4)线焊 它是点焊方法的一种延伸,利用线状上声极,在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝,声极长度就是焊缝的长度,现在可以达到150mm,这种方法最适用于金属薄箔的封口。


  (5)双超声波振动系统的点焊:上下两个振动系统的频率分别为27kHz和20kHz(或15kHz),上下振动系统的振动方向相互垂直,焊接时二者作直交振动。滤芯旋熔机了解到当上下振动系统的电源各为3kW时,可焊铝件的厚度达10mm,焊点强度达到材料本身的强度。双超声波振动系统多用于集成电路和晶体管细导线的焊接,虽然焊接方法与点焊基本相同,但焊接设备复杂,要求设备的控制精度高,以便实现焊点的高质量和高可靠性焊接。


  (6)超声波对焊 超声波对焊主要用于金属的对接,是近年来开发的一种新方法。焊接设备由上、下振动系统、提供接触压力的液压源和焊件夹持装置等部分组成。左边焊件的一端由夹具固定,另一端夹在上、下振动系统之间作超声振动;右焊件端面与左端面对接,并由夹具夹紧,接触压力加在右侧焊件上。焊接时,CTO端盖打胶机在超声振动的作用下即可把两个焊件在端面焊接在一起。应注意,焊接装置的上、下振动系统的振动相位必须相反,上振动系统可以是无源的。采用频率为27kHz的该类焊接装置可以焊接6~10mm厚的铝板、6mm厚的铜板和铝板的焊接。目前可以实现6mm厚、100~400mm宽铝板的对接。


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