超聲波焊接機(jī)是如何工作的？
超聲波焊接原理是通過(guò)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(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械振動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)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(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過(guò)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(lái)焊接硬熱塑性塑料，還可以用來(lái)焊接金屬。
超聲波焊接塑料時(shí)一般采用焊接振動(dòng)方向和工件垂直的方式，對(duì)于某些較薄的塑料件，也可采用焊頭振動(dòng)方向和工件平行的方式。超聲波焊接金屬時(shí)，采用焊頭振動(dòng)方向和工件平行的方式。
由于振動(dòng)在金屬中傳播有各種振動(dòng)模式：縱向振動(dòng)、徑向振動(dòng)、彎曲振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，所以可根據(jù)所焊進(jìn)行綜合分析采用何種振動(dòng)模式，在確定振動(dòng)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行加壓機(jī)構(gòu)及機(jī)架的設(shè)計(jì)。
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(dòng)產(chǎn)生的高密度能量。超聲波金屬焊接的焊頭機(jī)械振動(dòng)平行于工件表面。焊接時(shí)，靜壓力通過(guò)焊頭垂直作用在焊接表面上，同時(shí)疊加著高頻振動(dòng)的剪切力，當(dāng)剪切力超過(guò)材料彈性極限時(shí)，工件接觸表面部分地區(qū)開(kāi)始發(fā)生滑移，這個(gè)剪切力在焊接過(guò)程中以每秒鐘幾萬(wàn)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(kāi)始呈多點(diǎn)狀接觸，隨著高頻振動(dòng)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(gè)焊接區(qū)，與此同時(shí)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(guò)20KHz）的機(jī)械振動(dòng)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(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的高密度能量。超聲波金屬焊接的焊頭機(jī)械振動(dòng)平行于工件表面。焊接時(shí)，靜壓力通過(guò)焊頭垂直作用在焊接表面上，同時(shí)疊加著高頻振動(dòng)的剪切力，當(dāng)剪切力超過(guò)材料彈性極限時(shí)，工件接觸表面部分地區(qū)開(kāi)始發(fā)生滑移，這個(gè)剪切力在焊接過(guò)程中以每秒鐘幾萬(wàn)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(kāi)始呈多點(diǎn)狀接觸，隨著高頻振動(dòng)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(gè)焊接區(qū)，與此同時(shí)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(diǎn)：
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(duì)焊接金屬表面要求低、氧化或電鍍均可焊接。
4、 焊接時(shí)間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。
5、 易實(shí)現(xiàn)異種金屬之間的連接及自動(dòng)化控制。
6、 焊接無(wú)火花，快速且環(huán)保安全。
超聲波金屬焊接適用產(chǎn)品：
1、 動(dòng)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(chē)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(diǎn)、連接器、瘋子焊接。
5、 太陽(yáng)能電池、平板太陽(yáng)能吸熱板、鋁塑復(fù)合管滾焊，銅、鋁板拼接。
6、 電磁開(kāi)關(guān)、無(wú)熔絲開(kāi)關(guān)等大電流接點(diǎn)、觸點(diǎn)、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(lèi)
常見(jiàn)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(diǎn)焊
點(diǎn)焊機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)聲極振動(dòng)狀況分為縱向振動(dòng)系統(tǒng)、彎曲振動(dòng)系統(tǒng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)，一般用于環(huán)焊。大多數(shù)都采用縱向振動(dòng)系統(tǒng)。
2、滾焊
滾焊一般采用的是彎曲振動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)焊盤(pán)直徑確定需幾個(gè)波長(zhǎng)。
超聲波金屬滾焊機(jī)目前用途：用于太陽(yáng)能電池、平板太陽(yáng)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(chē)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(gè)主要缺點(diǎn)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(lái)已發(fā)明了超聲波對(duì)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(chē)安全氣囊時(shí)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(duì)于0.5或者0.75平方的電線如何焊好？有的公司對(duì)電線采用先成型，再焊接工藝，是否好？焊紋何種好？對(duì)于塑料件和焊頭的干涉問(wèn)題，如何解決？
作為國(guó)內(nèi)超聲波金屬焊接技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，我們通過(guò)成熟的產(chǎn)品和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，針對(duì)各種客戶(hù)的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，為客戶(hù)提供最佳的解決實(shí)施方案。
1、 對(duì)于焊銅、鎳等材料時(shí)，就必須選擇專(zhuān)業(yè)超聲波金屬點(diǎn)焊機(jī)。用塑料焊電路改成的金屬焊機(jī)對(duì)于打樣過(guò)程都還是能夠應(yīng)付的，但真要批量生產(chǎn)，那大把的問(wèn)題就來(lái)了，首要的就是生產(chǎn)穩(wěn)定性。
2、 針對(duì)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(duì)振幅要求像一把雙刃劍，過(guò)小焊不上，過(guò)大會(huì)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(huì)刻意回避此要求，是因?yàn)樗麄冏霾坏健?/p>
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(tái)設(shè)備沒(méi)有能量控制模式，只能是低端產(chǎn)品，對(duì)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(diǎn)是更換成本低，其他全是技術(shù)上的缺點(diǎn)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(shì)。另外就是焊頭品質(zhì)：焊頭品質(zhì)和材質(zhì)及工藝等各個(gè)方面相關(guān)，我們的焊頭在用戶(hù)那兒就是和德國(guó)及美國(guó)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(guó)內(nèi)的其他廠家中非常流行。
5、 結(jié)構(gòu)問(wèn)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(huì)面臨較大的壓力，而且是側(cè)向的。這就要求焊頭和二級(jí)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(duì)金屬收緊，相對(duì)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(méi)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(chēng)：按國(guó)際通行超聲波金屬焊接機(jī)來(lái)說(shuō)，20K機(jī)器功率容量必須在3KW以上。國(guó)內(nèi)其他公司對(duì)于功率容量經(jīng)常出現(xiàn)虛假標(biāo)稱(chēng)，那我們只需和他們所做的塑料焊機(jī)比較一下即可，因?yàn)樗芰虾笝C(jī)標(biāo)稱(chēng)太高是無(wú)人信的。另外，現(xiàn)國(guó)內(nèi)其他公司的換能器基本為采購(gòu)，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(jì)深度基本要達(dá)到或超過(guò)材料厚度，這就形成了對(duì)較厚的材料必須做較大較深的紋路；同時(shí)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(huì)被按照紋路形狀成型，如紋路大，表面的銅或鋁成型時(shí)造成的機(jī)械拉伸就會(huì)大，這也是對(duì)較多層焊接時(shí)表面幾層易斷裂的原因。所以超聲波焊接對(duì)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(gè)需考慮的問(wèn)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(guò)焊，表象為發(fā)黑及發(fā)熱嚴(yán)重。
9、 對(duì)于國(guó)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(wèn)一個(gè)問(wèn)題：為何歐美技術(shù)這么先進(jìn)，他們不推出類(lèi)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(duì)于第一個(gè)理由，實(shí)際這些公司單臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)就達(dá)不到他們所標(biāo)稱(chēng)的功率；對(duì)于第二個(gè)理由，基于的技術(shù)理由就是上面所講的衰減問(wèn)題，但他們都回避了另一個(gè)問(wèn)題：超聲波既然是摩擦焊接，基于的是相對(duì)摩擦，這就在技術(shù)上要求兩個(gè)焊頭在工作時(shí)絕對(duì)反向，試問(wèn)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(dòng)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(wèn)他們做了嗎？如發(fā)生器不是自動(dòng)跟蹤的，試問(wèn)靠手動(dòng)調(diào)諧能達(dá)到？純屬笑話。所以說(shuō)這種產(chǎn)品純屬噱頭及炒作。