第一章超声波焊接 课件.ppt

焊接新技术 学时：32学时 授课教师：杨玉芳 焊接新技术 学习本课程的目的 课程内容 课程内容 超声波焊接 扩散焊 热喷涂 激光焊接及切割 水下焊接 爆炸焊 焊接机器人 第一章 超声波焊接 第一节 概述 一、 超声波介绍 二、超声波金属焊接的工作原理 三、超声波焊接的种类 四、优缺点及其应用范围 一、 超声波介绍 将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波” 二、超声波金属焊接的工作原理 三、超声波焊接的种类 按照振动能量传递方式的不同，超声波可分为两类：一是振动能量由切向传递到工件表面，这种方式主要用于金属材料的焊接。二是振动能量由垂直于工件表面的方向传入工件，这主要用于塑料的焊接 三、超声波焊接的种类 根据接头形式不同，可分为点焊、环焊、缝焊及线焊。 1．点焊 2．环焊 1-换能器 2,3-聚能器 4- 耦合杆 5-上声极 6-工件 7-下声极 F-静压力 V-振动方向 3．缝焊 a）纵向振动系统 b）弯曲振动系统 焊盘的振动方向与焊接方向垂直 c)扭转振动系统 振动方向与焊接方向平行 A-焊盘上振幅分布 V1-聚能器上振动方向 V2-焊点上的振动方向 4．线焊 超声波焊接优点 1．可适用于多种组合材料的焊接 2．由于是一种固相焊接方法，因而不会对半导体等材料引起高温污染及损伤．微电子器件中，半导体硅片与金属细丝（Au, Ag, Al, Pt, Ta)的精密焊接是超声波焊接方法最重要，最成功的一个应用领域。 3．容易焊接高热导率及高电导率的材料。金、银、铜、铝等材料在电阻点焊中是比较难焊的，但是在使用超声波焊接时，这些金属成为最容易焊接的几种材料 能进行超声波焊接的材料组合 4．与电阻点焊相比较，耗用功率仅为电阻电焊5%左右。焊件变形小于3～5%焊点强度及强度定性平均提高约15～20%。 5．对工件表面的清洁度要求不高，允许少量的氧化膜及油污等存在．甚至可以焊接带漆及聚合物薄膜的金属。根据这一特点，近年来发展了先胶后点焊的超声波胶点焊方法 超声波焊接缺点 金属超声波焊的一个主要缺点是焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而只限用于丝，箔，片等薄件。绝大多数情况下超声波焊只适用于搭接接头。 第三节 接头性能及接头设计 1 力学性能 超声波焊接接头的力学性能一般是通过剪切力或拉力试验的断裂特征来进行测定和比较 由于目前尚无专用的标定法，因而超声波焊点抗剪强度通常是与电阻点焊的抗剪强度进行比较 2 显微组织 超声波焊点的显微组织通常与母材呈相同组织状态，这是固相焊接方法的最主要特征 二、接头设计 (1）超声波焊的边距没有限制．根据情况可以沿边焊接。 (2）超声波焊的点距s可任意选定，可以重叠，甚至可以重复焊（修补）。 (3）超声波焊的行距r可以任选。 第四节 焊接工艺 一、焊接工艺参数的选择 二、工艺因素的影响 一、焊接工艺参数的选择 超声波焊接的主要工艺参数是：振幅．振动频率、静压力及焊接时间 超声功率与振幅的关系可由下式确定。 P=kH3/2?3/2 超声功率与振幅的关系可由下式确定 P =?SFv =?SF2A?/? =4?SF2Af 图1-10 铝镁合金焊点抗剪强度与振幅的关系 当振幅为17?m时抗剪切强度最大，振幅减小则强度显著降低，当振幅A 6?m时，无论采用多长时间或多大的静压力都不能形成焊点。振幅还有一个上限值，超过此值后强度会下降，这与材料内部及表面发生疲劳裂缝以及由于塑性流动加剧，上声极埋入工件后削弱了焊点断面有关。 图1-11焊点剪切强度和静压力的关系 静压力过低时，很多振动能量将损耗在上声极与工件之间的表面摩擦上。静压力过大时，除了增加需用功率外，还会因工件的压溃而降低焊点强度 二、工艺因素的影响 超声波焊的主要工艺因素包括：上下声极的材料、形状和表面状况，工件的表面状况，焊接区的气氛以及插入工件之间的材料等 上声极的材料应有尽可能大的摩擦系数，以保证上声极与工件之间有足够大的摩擦力。否则就会造成振动能最的损失 为了提高上声极材料的使用寿命，使之具有高的抗疲劳强度，声极表面应有足够的硬度及高温摩擦系数 第五节 工业应用 一、应用领域 (1) 电子工业 广泛用于微电子器件的