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超声波金属焊接机的由来

超声波金属焊接机由来

超声波金属焊接机英文注释：ultrasonic metal welding machine，超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。对于电动汽车来说，无疑消费者大多关心的就是它的续航能力与安全性，三元锂电池显然是较好的选择。当时在作电流点焊电极加超声振动试验时，发现不通电流也能焊接上，因而发展了超声金属冷焊技术。超声波焊接虽然发现较早，但是到目前为止，其作用机理还不是很清楚。它类似于摩擦焊，但有区别，超声焊接时间很短，温度低于再结晶；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小的多。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段，切向振动除去金属表面的氧化物，并使粗糙表面的-部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下，相互接近到原子引力能够发生作用的距离时，即形成焊点。焊接时间过长，或超声波振幅过-使焊接强度下降，甚至破坏。

超声波金属焊接机原理

超声波金属焊接是利用额每秒钟数万次的高频振动波传递到两个需焊接的金属工件表面，再施以一定的压力，使金属表-互摩擦而形成分子层之间的熔合，达到焊接的目的。

台州市锦亚机械制造有限公司是一家生产塑料线性振动摩擦焊接机，热铆焊接机，热板焊接机，多头非标型超声波塑料焊接机，以及非标准设备、自动化设备、治具等研发、设计、制造及销售为一体的技术服务性实体公司。

?异种金属焊接存在的问题

异种金属的焊接在我们超声波行业经常会遇到三种材质铜、铝、镍之间相互进行焊接，且超声波焊接后导电性以及强度性能-。

异种金属焊接所存在的一些固有问题阻碍了它的发展，如异种金属熔合区的构成和性能，异种金属焊接结构的破坏多半发生在熔合区，由于靠近熔合区各段上焊缝结晶特点不同，又易形成性能不好的、成分变化的过渡层。

另外，由于处在高温的时间长，这一区域的扩散层会扩大，会进一步使金属的不均匀性增加。焊头的形状-，因为焊头的轴向膨胀和收缩产生的应力会在高振幅情况下造成开裂。而且异种金属焊接时或焊后经热处理或经高温运行后，经常发现低合金一侧的碳通过焊缝边界向高合金焊缝中“迁移”的现象，分别在熔合线两侧形成脱碳层和增碳层，在低合金一侧母材形成脱碳层，在高合金焊缝一侧形成增碳层。

防碍和阻止异种金属结构的使用和发展主要表现在以下几个方面：

1.在室温下，异种金属焊接接头区的机械性能如拉伸、冲击、弯曲等一般优于被焊母材的性能，但高温下或高温长期运行后，接头区的性能劣于母材。

2.在奥氏体焊缝与珠光体母材之间存在一个马氏体过渡区，该区韧性较低，是一个高硬度脆性层，也是导致构件失效破坏的薄弱区，它会降低焊接结构的使用-性。

3.焊后热处理或高温运行过程中碳迁移会导致在熔合线两侧分别形成增碳层和脱碳层。二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。一般认为脱碳层由于碳的减少而导致该区域组织、性能发生较大变化一般是劣化，从而使得该区域容易在服役过程中发生早期失效。很多服役中的高温管线或者试验中的高温管线的失效部位都集中在脱碳层。

4.失效与时间、温度和交变应力等条件有关。

5.焊后热处理不能消除接头区的残余应力分布。

6.化学成分的不均匀性。

异种金属焊接的时候，由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有着明显的差别，焊接过程中，母材和焊材都会熔化并相互混合，混合的均匀程度随着焊接工艺的改变而改变，而且焊接接头不同的位置，混合均匀程度也有很大差异，这就造成了焊接接头化学成分的不均匀性。超声波不仅可以被用来焊接金属、硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜等。

7.金相组织的不均匀性。

由于焊接接头化学成分的不连续，经历了焊接热循环后，焊接接头各个区域出现不同的组织，往往在某些区域出现极其复杂的组织结构。

8.性能的不连续性。

焊接接头的化学成分和金相组织的差异，带来了焊接接头力学性能的不同。5－30mm进行焊接，广泛应用于汽车线束、继电器、电器接插件及其他电子、电器、锂电池极片、电介电容、晶体管、电器接线端子、热电偶、可控硅元件、制冷器等产品生产。沿焊接接头的各个区域强度、硬度、塑性、韧性、冲击性能、高温蠕变、-性能都有很大差别。这种-的不均匀性使得焊接接头不同区域在相同的条件下，表现出来的行为有很大的差异，出现弱化区域和强化区域，尤其是在高温的条件下，异种金属焊接接头在服役过程中经常出现早期失效。

影响塑料超声波焊接性能的其它因素

润滑剂

润滑剂例如蜡、硬脂酸锌、硬脂酸铝、硬脂酸和脂肪酸等被加入到塑料中用于提高流动性和增加注塑性能。但是，在超声波焊接时，润滑剂会减小焊接界面的摩擦系数，从而影响塑料的超声波焊接性能。

填充剂

为了提高塑料的机械性能，塑料中会加入填充剂，常用的填充剂如玻璃纤维、碳纤维、滑石粉以及碳酸钙等。遇到此问题时，要按以下步骤操作焊接效果才达标：1：先装好上模，测试上模具的频率对不对。玻璃纤维添加到塑料中用于提高塑料的机械强度和尺寸稳定性。普通的矿物质填充剂，如玻璃纤维和滑石粉，会提高塑料传导振动的能力，提高塑料的超声波的焊接性能，-是对于半结晶塑料。一般来说，10%~20%的玻璃纤维会-提高塑料的超声波焊接性能。但是，当比例过-带来其它问题。例如，填充剂的比例为30%，但在局部的焊接界面，真实的比例可能已经超过30%，使得在焊接界面没有足够的塑料熔化而获得理想的焊接。当填充剂比例超过40%时，很有可能在焊接界面不可焊接的材料比可焊接的材料还多，这就意味着超声波焊接性能会变得很差。

回料

由于塑料的可回收性和降低零件材料成本，在塑料中常常会加入回料。在正弦电信号经由电极提供给换能器时，压电片膨胀和收缩，产生15~20μm的轴向峰到峰运动。超声波焊接允许在塑料中加入回料，因为回料本身是同一种塑料。但是，回料的比例不能过大，而且回料不能是已经降解的、或者被污染的，否则会出现焊接问题。为了-焊接的，建议回料的比例越少越好。

色素

色素对塑料的超声波焊接性能影响较小，除非色素的比例过高。相比其它颜色，白色和黑色通常需要添加更多的色素，有可能带来一些焊接问题。同一种塑料的不同颜色可能需要不同的焊接参数，可以通过调机来获得。

塑料等级

塑料等级对塑料的超声波焊接性能具有很大的影响。同一种塑料的不同等级可能会有不同的熔点和不同的流动特性。

如何正确选择塑料焊接机设备

塑料焊接大体有两种方法：粘接和焊接。一般来讲，粘接工艺生产效率低、不美观，且胶粘剂都有一定的毒性；而焊接工艺相对来说生产、焊件美观、焊接强度高，所以，塑料焊接工艺得到了越来越广泛的应用。

       首先，要选取正确的可焊接的材料。振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料。在实际生产过程中，只有分子结构相同或相近的热塑性塑料才能进行焊接。在焊接面上是分子间的化学结合，所以母体材料越相近，焊接效果越好。同时，塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接有很大的关系，它们改变了材料的物理特性。填充物含量超过 30% 时，由于表面塑料比例不足，分子间融合的不够，会降低焊接密封性。

       其次还要根据材料种类和制品形状、成本的的高低采取适当的焊接方法。按所采用的加热软化方式的不同，塑料焊接可分为通过外加热源、机械运动及电磁作用软化等几种。