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江苏超声波焊接机厂家尼可及超声波焊接金属原理

点击次数:63  发布时间:2021-04-12

  超声波金属焊接质量的实验研究


  1.

  超声波金属焊接机是连接小零件的高效焊接设备,如焊丝焊接、多层拉片焊接、线束焊接等。也可以连接一些厚金属板,这取决于焊接条件和参数的设置。本文采用不同的参数进行了一系列试验,并在特定的焊接设备和焊接头条件下进行了撕裂拉伸试验。通过控制振幅和减少外观问题来提高焊接强度和质量。用光学显微镜和扫描电子显微镜研究焊缝质量。


  熔焊:加热待连接的工件,使其局部熔化形成熔池。熔池冷却固化,然后加入。如有必要,可以添加它来辅助各种金属和合金的焊接过程,而无需施加压力。焊接接触面是液体和液体。


  无论有无加热,压力焊:对组合焊件施加一定的压力,导致塑性变形或熔化,通过再结晶和扩散这种焊接方法,两个独立表面上的原子达到金属键的形成和组合。焊接接触面牢固耐用。


  2.超声波金属焊接


  超声波金属焊接是一种压力焊接工艺。焊接过程中,多层材料在纵向压力下紧密配合,同时施加横向高频剪切振动。在振动过程中,材料被压缩和变形,剪切运动去除了表面突起,去除了表面氧化物和污染物,增加了焊接部件之间的接触面积。


  超声波金属焊接最早出现在20世纪50年代和90年代初,当时是用于晶粒细化和凝固,但目前这项技术可以应用于各种软、硬金属连接。与其他焊接设备相比,超声波焊接设备体积小、重量轻、通用性强。另外,焊接过程不需要任何辅料,生产效率高,环境友好。因此,超声波焊接已经成为许多工业领域和科学研究应用中公认和广泛使用的高效连接技术。


  超声波焊接系统由电源、传感器、调幅器、焊头、底座和机架组成。


  在焊接研究中,为了改善焊缝和焊缝质量,进行了两项研究:


  (1)焊头设计分析和焊嘴振幅测试;


  (2)焊接参数的实验研究。焊接强度通过焊接零件的撕裂试验进行评估。通过对变形表面的显微观察来评估焊接质量。考虑到现场人员的实用性,此处省略了焊头设计的分析和焊嘴振幅的测量(该部分的分析和检验报告由设备/模具供应商提供),突出了不同焊接参数下的实验研究结果,为现场工程师调整参数提供指导。3.焊接实验


  3.1实验设置


  使用20个20.8 kW的超声波电箱。在8千赫时,焊接头和传感器组件通过安装支架连接到机器支架上,如图2所示。在机架上方安装一个2kN的压力传感器来测量焊接压力。焊嘴和焊头底座上有滚花,如图3所示。用铝和铜焊接的试样,50  10mm,厚度0.1-0.5mm,两条金属条的搭接面积为10  10mm,即超声波焊接面积,焊点直径为6 mm,如图4所示。每组参数焊接5件进行撕裂试验,记录平均值和标准偏差。材料组合为:铝、铜、铝、铜。


  2实验装置


  图3焊头上焊头和底座的滚花


  图4金属棒尺寸和焊点外观


  3.2分段振幅


  大多数生产现场使用恒定振幅,即振幅在整个焊接过程中保持不变。还有一个选择,分段振幅。两级幅度切换可以通过时间、位置、功率或能量触发。一种方法是在焊接开始时使用更高的振幅,这样焊接界面可以以更高的速度“擦洗”表面,并在紧密接触的表面上建立固态焊接。然后减小振幅以降低摩擦生热和软化程度,避免对金属板产生过大的剪切损伤。本实验采用分段振幅进行了一系列实验,研究了振幅与焊接强度和质量的关系。


  3.3实验结果-相同材料的焊接强度


  对于不同的振幅和焊接压力,铝和铜的焊接强度如图5-6所示。铝和铜材料的厚度为0.1毫米。在每组参数下测试5片的撕裂张力,图中每个误差条代表5片撕裂张力的标准偏差。结果表明,


  随着焊接压力的增加,焊接强度增加。这里你需要说明一下,压力过大会导致摩擦力过大,抑制接触面的相对运动,导致焊接强度降低。振幅越大,焊接强度越大。然而,焊接强度的波动(标准偏差)在40um振幅时变得更大,并且产品的外观变得更差。采用40-17um的分段振幅,不仅可以减小焊接强度分布的标准差(减小波动),还可以表现出更好的焊接强度。相同焊接强度下,铝的焊接强度优于铜。


  图5铝的焊接压力和焊接强度曲线


  6铜-铜焊接压力和焊接强度曲线


  3.4实验结果-不同材料的焊接强度


  当焊接不同的材料时,将哪种材料放在上面以接触焊接头是非常重要的。铝板与铜板的结合比铝板与铜板的结合具有明显更好的焊接强度。当焊接压力大于500-600N时,恒幅或分段幅下的焊接强度显著降低,因为材料容易与焊头结合,导致强度降低。在这个过程中,可以观察到材料的硬度和表面粗糙度对焊接强度有显著影响。


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