超声波焊接工艺.ppt

国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body其它其它焊焊接工接工艺艺IWE-31.15授授课课教教师师:元哲石元哲石吉林大学吉林大学焊焊接技接技术术培培训训基地基地IIW Authorised Training Body一、超声波一、超声波焊焊接接 超声波焊接是利用超声波频率（超过 16KHz）的机械振机械振动动能能量，在工件表面量，在工件表面产产生塑性生塑性变变形并形并在在压压力下破坏表面力下破坏表面层层，实现焊接的方法。它由震动剪切力、静压力、焊区温升三个因素所决定。IIW Authorised Training Body1.超声波超声波焊焊接原理及分接原理及分类类 既既不不向向工工件件输输送送电电流流，也也不不向向工工件件引引入入高高温温热热源源只只是是在在静静压压力力及及弹弹性性振振动动能能的的共共同同作作用用下下，将将机机械械动动能能转转变变成成工工件件间间摩摩擦擦功功形形变变能能和和随随之之而而产产生生的的温温升升，从从而而使使工件在固工件在固态态下下实现连实现连接接。弹弹性性振振动动能能量量的的大大小小取取决于引入工件的振幅大小决于引入工件的振幅大小。1 1）工作原理）工作原理超声波超声波焊焊原理原理图图IIW Authorised Training Body换换能器能器：将：将电电磁能磁能转换转换成同成同频频率的率的弹弹性机械振性机械振动动能。能。磁致伸磁致伸缩缩式式半永久性器件，工作半永久性器件，工作稳稳定可靠，定可靠，但但换换能效率只有能效率只有2040%2040%。压压 电电 式式 效率高，可达效率高，可达808090%90%。但比但比较较脆弱。脆弱。聚能器聚能器：放大振幅。振幅分布与放大振幅。振幅分布与锥锥面形状及其放大系数面形状及其放大系数 有关。有关。2 2）分）分类类按声波的高按声波的高频频振振荡荡能量能量传传播方向可分两种基本播方向可分两种基本类类型。型。垂直于垂直于焊焊件表面件表面（超声波塑料（超声波塑料焊焊接）接）切向切向传递传递到到焊焊接表面接表面（超声波金属（超声波金属焊焊接）接）IIW Authorised Training Body（1 1）垂直于）垂直于焊焊件表面件表面 超声波振超声波振动动的方向与的方向与焊焊接表面相反，在塑性状接表面相反，在塑性状态实现焊态实现焊接。接。焊焊接接接接头为头为搭接、搭接、对对接、角接接、角接等。等。超声波塑料超声波塑料焊焊接接 超声波超声波焊焊接接接接头头形式形式 IIW Authorised Training Body（2 2）切向）切向传递传递到到焊焊接表面接表面金属超声波金属超声波焊焊可分可分为为点点焊焊、环焊环焊、缝焊缝焊。超声波点超声波点焊焊超声波点超声波点焊焊示意示意图图 IIW Authorised Training Body超声波超声波缝焊缝焊 声波声波电电极的端部是极的端部是圆盘圆盘状，振状，振动动器装在可器装在可转转角的波角的波节节K1K1上，力作上，力作用在振用在振动动波波节节K2K2上。上。焊焊接速度接速度为为0.40.410mm/min10mm/min。超声波超声波环焊环焊 声波声波电电极通极通过过正切位置的正切位置的声波声波供供应应器被激器被激发实发实现现扭扭转转振振动动。IIW Authorised Training Body2.超声波超声波焊焊的特点及的特点及应应用用（1 1）可适用于多种）可适用于多种组组合材料的合材料的焊焊接。接。（2 2）不会）不会对对半半导导体等材料引起体等材料引起高温高温污污染及染及损伤损伤。（3 3）易易焊焊接高接高热导热导率及高率及高电导电导率的材料率的材料。如金、如金、银银、铜铜、铝铝等。等。（4 4）耗用功率小。）耗用功率小。仅为电仅为电阻点阻点焊焊的的5%5%左右，左右，焊焊件件变变形小于形小于3 35%5%，焊焊点点强强度及度及强强度度稳稳 定性平均提高定性平均提高约约151520%20%。（5 5）对对工件表面的清工件表面的清洁洁度要求不高度要求不高。1 1）优优点点IIW Authorised Training Body3 3）应应用用 超声波超声波焊焊广泛用于微广泛用于微电电子器件及精加子器件及精加工技工技术术，最成功的，最成功的应应用是集成用是集成电电路元件的路元件的互互连连。在。在电电子航天子航天电电器包装塑料等工器包装塑料等工业业都都广泛广泛应应用。用。2 2）缺点）缺点 金属超声波金属超声波焊焊接需用接需用功率随工件功率随工件厚度及硬度的提高呈指数厚度及硬度的提高呈指数剧剧增增，因而，因而只限于只限于丝丝、箔、片等薄、箔、片等薄 件的件的焊焊接。接。大多数情况下只适用于搭接接大多数情况下只适用于搭接接头头。IIW Authorised Training Body二、爆二、爆 炸炸 焊焊 1.1.爆炸爆炸焊焊原理及方法原理及方法 爆炸爆炸焊焊是利用炸是利用炸药药爆炸爆炸产产生的生的冲冲击击力力造成造成焊焊接的迅速碰撞，在接触面上造成接的迅速碰撞，在接触面上造成塑性塑性变变形形而而实现连实现连接的一种接的一种焊焊接方法。主要方法可分接方法。主要方法可分为为平平行法和角度法行法和角度法。1.放炸放炸药药的板的板（复合板）（复合板）2.基板基板3.基基础础4.缓缓冲冲层层5.炸炸药药平行法平行法角度法角度法角度法角度法IIW Authorised Training Body2.爆炸爆炸焊焊的特点及的特点及应应用用 1）特点特点（1）将任意相同或不相同的金属材料迅速，）将任意相同或不相同的金属材料迅速，牢固地牢固地焊焊接起来。接起来。（2）工）工艺简单艺简单，易掌握。，易掌握。（3）不需要大型）不需要大型设备设备和大量投和大量投资资。（4）不）不仅仅能能焊焊点点焊焊、线焊还线焊还可以可以焊焊面面焊焊。（5）比）比较经济较经济。2）应应用用（1）可）可焊焊接物理和化学性接物理和化学性质质相差相差悬悬殊的金属材料。殊的金属材料。（2）可以生）可以生产产复合材料。复合材料。（3）可用复合材料加工成各种不同金属的）可用复合材料加工成各种不同金属的过过渡接渡接头头。IIW Authorised Training Body基板与复合板厚度比（基板与复合板厚度比（1:110:1）基板基板复板复板炸炸药药雷管雷管IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body3.3.爆炸爆炸焊焊可可焊焊材料材料IIW Authorised Training Body三、三、扩扩 散散 焊焊 1.1.扩扩散散焊焊原理原理 扩扩散散焊焊是是在在一一定定温温度度和和压压力力下下使使待待焊焊表表面面相相互互接接触触，通通过过微微观观塑塑性性变变形形或或通通过过待待焊焊面面产产生生的的微微量量液液相相而而扩扩大大待待焊焊面面的的物物理理接接触触，然然后后经经较较长长时时间间的的原原子子相相互互扩扩散散来来实实现现冶金冶金结结合的一种合的一种焊焊接方法。接方法。在金属不熔化的情况下两在金属不熔化的情况下两工件之工件之间间接触距离达到（接触距离达到（15）1010-8-8 CM CM以内以内时时，金属原子，金属原子间间的引力才开始起作用。一般金的引力才开始起作用。一般金属通属通过过精密加工后，其表面精密加工后，其表面轮轮廓算廓算术术平均偏差平均偏差为为（0.80.81.61.6）1010-4-4 CM CM。在零在零压压力作用下接力作用下接触触时时，实际实际接触面只占全部表接触面只占全部表面面积积的百万分之一的百万分之一。在施加正。在施加正常常扩扩散散压压力力时时，实际实际接触面接触面仅仅占全部表面占全部表面积积的的1%1%左右。左右。金属真金属真实实表面示意表面示意图图 IIW Authorised Training Body1 1）扩扩散散焊过焊过程的三个程的三个阶阶段段 第一第一阶阶段段 变变形和交界面的形成形和交界面的形成。在温。在温度和度和压压力的作用下，微力的作用下，微观观凸起部凸起部位首先接触和位首先接触和变变形，在形，在变变形中表形中表面吸附面吸附层层被被挤挤开，氧化膜被开，氧化膜被挤挤碎碎，凸点，凸点产产生塑性生塑性变变形，开始形成形，开始形成金属金属键连键连接。接。第二第二阶阶段段 晶界迁移和微孔的消除晶界迁移和微孔的消除。原。原子子扩扩散和再散和再结结晶的作用，开始形晶的作用，开始形成成焊缝焊缝。第三第三阶阶段段 体体积扩积扩散，微孔和界面消失散，微孔和界面消失。原子原子扩扩散向散向纵纵深深发发展，在界面展，在界面处处达到冶金达到冶金连连接。接。固相固相扩扩散散焊焊液相液相扩扩散散焊焊IIW Authorised Training Body2 2）影响）影响扩扩散散过过程和程度的主要工程和程度的主要工艺艺因素因素（1）温度温度：影响影响扩扩散散焊进焊进程的主要因素是原子的程的主要因素是原子的扩扩散，影散，影 响原子响原子扩扩散的主要因素是散的主要因素是浓浓度梯度梯队队和温度。和温度。扩扩散散焊焊 温度一般高于温度一般高于1/21/2金属熔化温度金属熔化温度。0.6 0.60.8Tm0.8Tm（TmTm母材熔点）。母材熔点）。（2）压压力力：主要影响主要影响扩扩散散焊焊第二第二阶阶段。段。压压力力过过低表面低表面层层塑塑 性性变变形不足。形不足。0.50.550Mpa50Mpa。（3）时间时间：扩扩散散焊焊需要需要较长较长的的时间时间。时间过时间过短，会短，会导导致致焊焊缝缝中残留有中残留有许许多孔洞，影响接多孔洞，影响接头头性能。性能。IIW Authorised Training Body2.设设 备备 由真空室、加由真空室、加热热器器、加、加压压系系统统、真空系、真空系统统、温度、温度测测控系控系统统及及电电源源等等组组成。成。1）真空）真空扩扩散散焊设备焊设备IIW Authorised Training Body3 3）热热等静等静压扩压扩散散焊设备焊设备2 2）超塑成型）超塑成型扩扩散散焊设备焊设备IIW Authorised Training Body3.3.扩扩散散焊应焊应用及特点用及特点 1）优优点点：（1 1）接）接头质头质量好，量好，焊焊后无需机加工。后无需机加工。（2 2）焊焊件件变变形量小形量小(低低压压力，工件整体加力，工件整体加热热，随炉冷却随炉冷却)。（3 3）一次可）一次可焊焊多个接多个接头头。（4 4）可）可焊焊一些其它方法无法一些其它方法无法焊焊接的材料。接的材料。2 2）缺点缺点：（1 1）设备设备投投资资大。大。（2 2）焊焊接接时间长时间长，表面准，表面准备备耗力大，生耗力大，生产产率低。率低。（3 3）对焊缝对焊缝的的焊焊合合质质量尚无可靠的无量尚无可靠的无损检测损检测手段。手段。IIW Authorised Training Body3 3）应应 用用 应应用在一用在一些特种材料，些特种材料，特殊特殊结结构的构的焊焊接中接中。如；航天工如；航天工业业、电电子工子工业业、核工核工业业等。等。扩扩散散焊焊可可焊焊材料材料IIW Authorised Training Body四、冷 压 焊1.1.冷冷压焊压焊的原理的原理 冷冷压焊压焊是在室温条件下，是在室温条件下，借助借助压压力力使待使待焊焊金属金属产产生生塑性塑性变变形而形而实现实现固固态焊态焊接接的方法。的方法。实质实质上通上通过过塑性塑性变变形形挤挤出出连连接部位的氧化膜接部位的氧化膜等等杂杂物，使物，使纯洁纯洁金属金属紧紧密接触达到晶密接触达到晶间结间结合合的的过过程。程。常用冷常用冷压焊压焊方法有方法有搭接和搭接和对对接接两种。两种。冷冷压压搭接搭接焊焊（冷（冷压压点点焊焊）冷冷压对焊压对焊IIW Authorised Training Body2.2.冷冷压焊压焊的特点及的特点及应应用用 1）特点特点（1 1）焊焊接接过过程中可行的程中可行的变变形速度既形速度既不会引起接不会引起接头头的的 升温，也不存在界面原子的升温，也不存在界面原子的扩扩散散。因此，不会。因此，不会 产产生生软软化区、化区、热热影响区和脆性金属中影响区和脆性金属中间间相。相。（2 2）结结合面均呈合面均呈现现复复杂杂的峰谷和犬牙交的峰谷和犬牙交错错的空的空间间形形 象，使接触面大，其接象，使接触面大，其接头头强强度不低于母材。度不低于母材。（3 3）压压力是唯一的外加能量力是唯一的外加能量。单单位位压压力通常要比被力通常要比被 焊焊材料的材料的ss（屈服（屈服强强度）大度）大许许多倍。多倍。F=PS F F=PS F焊焊接接压压力（力（N N）P P单单位位压压力（力（MpaMpa）S S焊焊件的横截面件的横截面积积（mmmm）（4 4）由于）由于不需加不需加热热，不需填料，不需填料，设备简单设备简单。（5 5）易于操作和自）易于操作和自动动化，化，焊焊接接质质量量稳稳定，生定，生产产率高，率高，成本低。成本低。IIW Authorised Training Body2 2）应应用用（1 1）搭接）搭接焊焊可可焊焊厚度厚度为为0.010.0120 mm20 mm的箔材、的箔材、带带材、板材等。常用于材、板材等。常用于导线导线或母或母线线的的连连接。接。（2 2）对对接接焊焊可可焊焊断面断面为为0.5 mm0.5 mm（手（手焊钳焊钳）1500 mm 1500 mm（液（液压焊压焊机）的异型断面的机）的异型断面的线线 材、棒材、板材、管材等。在材、棒材、板材、管材等。在电电气工程气工程 中中铝铝、铜导线铜导线、母、母线线的的焊焊接接应应用最广泛。用最广泛。IIW Authorised Training Body几种冷几种冷压焊压焊方法的方法的举举例例 拉伸拉伸过过程中的冷程中的冷压焊压焊压轧压轧制板中的冷制板中的冷压焊压焊挤压挤压中的冷中的冷压焊压焊IIW Authorised Training Body思思考考题题 试说明等离子弧焊、电子束焊、激光焊、电渣焊、摩擦焊、磁旋弧对焊、磁脉冲焊、超声波焊、爆炸焊、扩散焊、铝热焊、高频焊、冷压焊等焊接工艺的热源是如何产生的？以及它们各自的应用范围？