超聲波焊接機(jī)是如何工作的？
超聲波焊接原理是通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲工頻電轉(zhuǎn)換成20千赫茲以上電能。被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械振動，隨后機(jī)械運動通過一套可以改變振幅的調(diào)幅器裝置傳遞到焊頭。焊頭將振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動能量被通過摩擦方式轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和熱能，使需加工的工件焊接好。超聲波不僅可以被 用來焊接硬熱塑性塑料，還可以用來焊接金屬。
超聲波焊接塑料時一般采用焊接振動方向和工件垂直的方式，對于某些較薄的塑料件，也可采用焊頭振動方向和工件平行的方式。超聲波焊接金屬時，采用焊頭振動方向和工件平行的方式。
由于振動在金屬中傳播有各種振動模式：縱向振動、徑向振動、彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動，所以可根據(jù)所焊進(jìn)行綜合分析采用何種振動模式，在確定振動模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行加壓機(jī)構(gòu)及機(jī)架的設(shè)計。
一套超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器，換能器/調(diào)幅器/焊頭三聯(lián)組，模具和機(jī)架，機(jī)架的主要作用為固定及形成加壓機(jī)構(gòu)。
超聲波塑料焊的原理已有大量介紹，在這主要介紹一下超聲波金屬焊接機(jī)原理：
超聲波金屬焊接工藝是介于冷壓焊和摩擦焊之間的一種工藝，其利用的是高頻機(jī)械振動產(chǎn)生的高密度能量。超聲波金屬焊接的焊頭機(jī)械振動平行于工件表面。焊接時，靜壓力通過焊頭垂直作用在焊接表面上，同時疊加著高頻振動的剪切力，當(dāng)剪切力超過材料彈性極限時，工件接觸表面部分地區(qū)開始發(fā)生滑移，這個剪切力在焊接過程中以每秒鐘幾萬次的頻率不斷地改變方向，破碎并清除工件表面的，純凈金屬表面開始呈多點狀接觸，隨著高頻振動的延續(xù)，純凈金屬接觸面積不斷擴(kuò)大，直到擴(kuò)展為整個焊接區(qū)，與此同時在接觸面上發(fā)生原子擴(kuò)散，金屬再結(jié)晶生成細(xì)晶粒組織結(jié)構(gòu)并且呈現(xiàn)金屬冷變形的特性。
超聲波金屬焊接技術(shù)（原理）
超聲波焊接是利用超聲波（頻率超過20KHz）的機(jī)械振動能量，連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等的特殊焊接方法。
超聲波金屬焊接是一種快遞、清潔、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種自動化行業(yè)。
超聲波金屬焊接工藝是介于冷壓焊和摩擦焊之間的一種工藝，其利用的是高頻機(jī)械振動產(chǎn)生的高密度能量。超聲波金屬焊接的焊頭機(jī)械振動平行于工件表面。焊接時，靜壓力通過焊頭垂直作用在焊接表面上，同時疊加著高頻振動的剪切力，當(dāng)剪切力超過材料彈性極限時，工件接觸表面部分地區(qū)開始發(fā)生滑移，這個剪切力在焊接過程中以每秒鐘幾萬次的頻率不斷地改變方向，破碎并清除工件表面的，純凈金屬表面開始呈多點狀接觸，隨著高頻振動的延續(xù)，純凈金屬接觸面積不斷擴(kuò)大，直到擴(kuò)展為整個焊接區(qū)，與此同時在接觸面上發(fā)生原子擴(kuò)散，金屬再結(jié)晶生成細(xì)晶粒組織結(jié)構(gòu)并且呈現(xiàn)金屬冷變形的特性。
超聲波金屬焊接優(yōu)點：
1、 焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。
2、 焊接后導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，電阻系數(shù)極低或近乎零。
3、 對焊接金屬表面要求低、氧化或電鍍均可焊接。
4、 焊接時間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。
5、 易實現(xiàn)異種金屬之間的連接及自動化控制。
6、 焊接無火花，快速且環(huán)保安全。
超聲波金屬焊接適用產(chǎn)品：
1、 動力電池多層正、負(fù)極焊接；鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片焊接。
2、 鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片焊接；鋁箔與鋁片焊接；鋁片與鎳片焊接。
3、 汽車線束；電線頭成型；電線互焊；多條電線互焊成線結(jié)；銅、鋁線轉(zhuǎn)換。
4、 電線、電纜與各種電子元件、接點、連接器、瘋子焊接。
5、 太陽能電池、平板太陽能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊，銅、鋁板拼接。
6、 電磁開關(guān)、無熔絲開關(guān)等大電流接點、觸點、異種金屬片的焊接。
7、 冰箱、空調(diào)等行業(yè)鋼管封尾；真空器件銅、鋁管封切可水、氣密。
一、超聲波焊的種類
常見的超聲波金屬焊按頻率可分為：高頻（50K赫茲以上）、中頻（30-40K赫茲）、低頻（20K赫茲）。像我們所接觸到的幫定機(jī)就屬于高頻，但高頻機(jī)功率容量小，焊接厚度薄。所以我們一般所講超聲波金屬焊接機(jī)所指為中頻和低頻。
1、點焊
點焊機(jī)的振動系統(tǒng)可根據(jù)聲極振動狀況分為縱向振動系統(tǒng)、彎曲振動系統(tǒng)以及扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)。對于扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，一般用于環(huán)焊。大多數(shù)都采用縱向振動系統(tǒng)。
2、滾焊
滾焊一般采用的是彎曲振動系統(tǒng)，根據(jù)焊盤直徑確定需幾個波長。
超聲波金屬滾焊機(jī)目前用途：用于太陽能電池、平板太陽能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊，銅、鋁板拼接。
3、線束
線束焊目前應(yīng)用領(lǐng)域：汽車線束；電線頭成型；電線互焊；多條電線互焊成線結(jié)；銅、鋁線轉(zhuǎn)換
4、封切
超聲波封管機(jī)：用于冰箱、空調(diào)等行業(yè)鋼管封尾；真空器件銅、鋁管封切。
金屬超聲波焊的一個主要缺點是焊接需用功率隨工件厚度及硬度的提高呈指數(shù)劇增，因而只限用于絲、箔、片等薄件。此外，雖然近年來已發(fā)明了超聲波對焊方法，但絕大多數(shù)情況下超聲波焊只適用于搭接接頭。
安全氣囊超聲波焊接要領(lǐng)
安全氣囊超聲波焊接是指在汽車安全氣囊時鐘彈簧中的連接器焊接，一種是薄型電纜焊接，另一種是電線焊接。
如何保證焊接的一致性和安全性？如何焊接0.03mm-0.2mm厚電纜？對于0.5或者0.75平方的電線如何焊好？有的公司對電線采用先成型，再焊接工藝，是否好？焊紋何種好？對于塑料件和焊頭的干涉問題，如何解決？
作為國內(nèi)超聲波金屬焊接技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，我們通過成熟的產(chǎn)品和專業(yè)知識，針對各種客戶的專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，為客戶提供最佳的解決實施方案。
1、 對于焊銅、鎳等材料時，就必須選擇專業(yè)超聲波金屬點焊機(jī)。用塑料焊電路改成的金屬焊機(jī)對于打樣過程都還是能夠應(yīng)付的，但真要批量生產(chǎn)，那大把的問題就來了，首要的就是生產(chǎn)穩(wěn)定性。
2、 針對不同的焊件和材料，振幅是關(guān)鍵，紋路等是重要細(xì)節(jié)。超聲波焊接對振幅要求像一把雙刃劍，過小焊不上，過大會損壞，這直接要求焊機(jī)必須有振幅連續(xù)可調(diào)功能，有些公司會刻意回避此要求，是因為他們做不到。
3、 超聲波焊接里最好的控制方式是能量控制模式，即控制每次焊接的能耗。如果一臺設(shè)備沒有能量控制模式，只能是低端產(chǎn)品，對品質(zhì)控制不好。
4、 焊頭模式選擇：焊頭分分體焊頭和整體焊頭兩種。分體焊頭多被AMTECH使用，其唯一優(yōu)點是更換成本低，其他全是技術(shù)上的缺點了，如兩種材質(zhì)聲速的不同造成的發(fā)熱等。從技術(shù)角度出發(fā)，一體焊頭有不可比的優(yōu)勢。另外就是焊頭品質(zhì)：焊頭品質(zhì)和材質(zhì)及工藝等各個方面相關(guān)，我們的焊頭在用戶那兒就是和德國及美國焊頭比較的，具有同樣的使用壽命。虛假的焊頭使用壽命在國內(nèi)的其他廠家中非常流行。
5、 結(jié)構(gòu)問題：其中最重要的是焊頭和二極桿的固定方式，金屬焊一般都會面臨較大的壓力，而且是側(cè)向的。這就要求焊頭和二級桿的固定方式必須是硬固定方式。何謂硬固定方式，即固定位是金屬對金屬收緊，相對應(yīng)的是塑料焊里的固定環(huán)里墊的是膠圈或尼龍墊片做緩沖，這種方法用在金屬焊里相當(dāng)于自殺：沒有限位。
6、 壓力控制機(jī)構(gòu)：好的焊機(jī)必須有好的壓力控制機(jī)構(gòu)，電氣比例閥或精密調(diào)壓閥是帶反饋的氣壓控制閥，能較好的控制穩(wěn)定氣壓。
7、 功率標(biāo)稱：按國際通行超聲波金屬焊接機(jī)來說，20K機(jī)器功率容量必須在3KW以上。國內(nèi)其他公司對于功率容量經(jīng)常出現(xiàn)虛假標(biāo)稱，那我們只需和他們所做的塑料焊機(jī)比較一下即可，因為塑料焊機(jī)標(biāo)稱太高是無人信的。另外，現(xiàn)國內(nèi)其他公司的換能器基本為采購，代表供應(yīng)商為：杭州成功超聲，我們只需上其網(wǎng)站上就可查到，其20khz的換能器最大輸入功率為2000W。
8、 焊接層數(shù)：由于電池的多層數(shù)結(jié)構(gòu)，每層之間易產(chǎn)生層間滑移，所以根據(jù)超聲波摩擦的原理，網(wǎng)紋設(shè)計深度基本要達(dá)到或超過材料厚度，這就形成了對較厚的材料必須做較大較深的紋路；同時根據(jù)超聲波焊接進(jìn)需克服材料的屈服強(qiáng)度，所以銅箔會被按照紋路形狀成型，如紋路大，表面的銅或鋁成型時造成的機(jī)械拉伸就會大，這也是對較多層焊接時表面幾層易斷裂的原因。所以超聲波焊接對于層數(shù)的選擇是有局限的。另外：超聲波在材料中的衰減是另一個需考慮的問題，材料越厚，考慮衰減后，就需加大振幅，這就極易形成和焊頭接觸材料的過焊，表象為發(fā)黑及發(fā)熱嚴(yán)重。
9、 對于國內(nèi)某些公司所推出的雙頭機(jī)器，純屬噱頭及炒作。我們只需問一個問題：為何歐美技術(shù)這么先進(jìn)，他們不推出類似產(chǎn)品？雙頭機(jī)器推出理由為：1.功率增大；2.焊的層數(shù)增加。對于第一個理由，實際這些公司單臺點焊機(jī)就達(dá)不到他們所標(biāo)稱的功率；對于第二個理由，基于的技術(shù)理由就是上面所講的衰減問題，但他們都回避了另一個問題：超聲波既然是摩擦焊接，基于的是相對摩擦，這就在技術(shù)上要求兩個焊頭在工作時絕對反向，試問他們做得到嗎？焊頭及整只聲能元件必然存在頻偏，如發(fā)生器是自動跟蹤的，那兩套系統(tǒng)不可能做到反向，除非用二套串聯(lián)控制的系統(tǒng)，試問他們做了嗎？如發(fā)生器不是自動跟蹤的，試問靠手動調(diào)諧能達(dá)到？純屬笑話。所以說這種產(chǎn)品純屬噱頭及炒作。