超聲焊接是功率超聲理論和技術(shù)在金屬和塑料焊接上的應(yīng)用，功率超聲理論和技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了超聲焊接 技術(shù)的發(fā)展。超聲焊接分為超聲金屬焊接和超聲塑料焊接。超聲波金屬焊接和塑料焊接由于所焊接的材料的不同，它們的功能和原理略有不同，但是他們的基本設(shè)備是相的，具有超聲波發(fā)生器和換能器振動(dòng)系統(tǒng)。

功率超聲施振系統(tǒng)用于超聲金屬焊接的超聲施振裝置。一般由超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿和工具頭等組成。產(chǎn)生功率超聲的方法主要有兩種，一種是利用電聲換能器產(chǎn)生，另一種是利用流體動(dòng)力來產(chǎn)生，在金屬焊接領(lǐng)域中，常用的是電聲型換能器功率超聲產(chǎn)生系統(tǒng)。

超聲波發(fā)生器又叫超聲電源，它的作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為超聲頻電振蕩信號(hào)，以供給工具頭端面往復(fù)振動(dòng)的能量。換能器的作用是將高頻電振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。根據(jù)其轉(zhuǎn)換原理不同，有磁致伸縮式和壓電式兩種。目前功率超聲中應(yīng)用的是能量轉(zhuǎn)換效率更高的壓電換能器，尤其是來心式縱向壓電換能器。超聲波變幅桿又稱為超聲變速桿或超聲聚能器，其作用是放大換能器所獲得的超聲振幅，以滿足超聲作用的需要。

直接超聲波焊接&間接超聲波焊接

直接超聲波焊接原理

直接超聲波焊接是通過聲學(xué)系統(tǒng)的高頻彈性振動(dòng)以及在工件間靜壓力的夾持作用下實(shí)現(xiàn)焊件之間的連接，它由超聲電源、換能器、變幅桿和焊頭組成。換能器將超聲電源提供的超聲頻電能轉(zhuǎn)換為縱向高頻振動(dòng)，通過變幅桿將位移振幅放大傳給焊頭，焊頭在受壓下在焊件表面作強(qiáng)烈的超聲振動(dòng)。這時(shí)兩被焊件在垂直壓力下作高頻摩擦，使粗糙表面剪切變形產(chǎn)生溫升和塑性流動(dòng)，同時(shí)去除和分散表面氧化膜，最終使得兩表面緊密接觸而連接。

塑性變形的難易直接決定材料超聲焊接的難易。因此材料的硬度和屈服強(qiáng)度在超聲焊接中起重要作用，強(qiáng)度和硬度越大越難焊接。除 Ge 和Si外，絕大多數(shù)材料可以和它們本身或合金焊接。鋁具有優(yōu)異的焊接性，可以與所有材料焊接，易焊金屬還包括銅合金和稀有金屬 (金、銀、鉑)。 另一方面，鐵及其合金、高溫金屬(如 Mo 和 W）盡管可與一些材料焊接，但僅限于材料很薄的情況。

焊接類型

• 點(diǎn)焊

點(diǎn)焊的面積決定于被焊件材料厚度和焊機(jī)功率。在焊接不同厚度的組合焊件時(shí)，功率超聲應(yīng)從比較薄的焊件一方導(dǎo)入，焊接參數(shù)也是根據(jù)薄焊件的厚度來確定的。

• 縫焊

焊接工具頭為圓盤形，整個(gè)換能器振動(dòng)系統(tǒng)在焊接過程中可以連續(xù)滾動(dòng)，所以又叫滾焊。這種設(shè) 廣泛用于金屬箔材或薄金屬帶的連接。

• 環(huán)焊

它利用特殊設(shè)計(jì)的變幅桿和工具頭將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)施加到焊件上來完成超聲焊接，焊縫為圓形。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)容易得到較大的位移振幅， 常用于金屬殼如晶體管殼的封裝。

• 對(duì)焊

用功率超聲把焊件從端口對(duì)接起來的一種焊接方法是近年來新開發(fā)的一種方法。

直接超聲波焊接應(yīng)用

汽車

現(xiàn)在流行的電動(dòng)汽車的鋰電池組上的極耳焊接，以及汽車內(nèi)部的線束和線束的焊接，線束和端子的焊接。這類焊接材料往往是導(dǎo)電率高的銅或鋁，因此無法采用傳統(tǒng)的電阻焊。另外，超聲金屬焊接熱影響區(qū)域小，干凈無火星飛濺，是一種非常安全的焊接工藝。傳統(tǒng)線束采用壓接方式，汽車奔跑于復(fù)雜路況或經(jīng)長期使用，壓接端子易產(chǎn)生物理及機(jī)械性能退化而松散甚至脫落，導(dǎo)致汽車線路失效， 甚至造成短路而引發(fā)火災(zāi)。超聲焊接可使導(dǎo)線間實(shí)現(xiàn)牢靠的焊接， 其焊點(diǎn)具有比原材更好的拉伸及抗撕裂能力，因而成為汽車制造業(yè)廣泛使用的技術(shù)。

間接超聲波焊接類型

• 熔化焊

功率超聲作為一種外場(chǎng)導(dǎo)入凝固金屬中對(duì)細(xì)化凝固組織防止偏析、去除夾雜和氣體等都有明顯的作用。 功率超聲也可作為將變質(zhì)元素和合金元素加入于焊縫、 并使其沿焊縫截面均勻分布的有效方法。 功率超聲還對(duì)焊池金屬有除氣作用。因此，功率超聲可以用來提高焊縫的力學(xué)性能。

• 壓力焊

壓力擴(kuò)散焊是適應(yīng)航空航天 原子能、及電子工業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域的需要而迅速發(fā)展起來的一種特種焊接方法。 焊接時(shí)常常引入高溫高壓， 以利于原子間的擴(kuò)散。因?yàn)槔贸暡上趸ぃ?在擴(kuò)散焊接過程中引入超聲 波振動(dòng)則可加速擴(kuò)散過程。

• 纖焊

在纖焊中，超聲振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn) 生的彈性能通過表面空穴作用減少或去掉金屬氧化膜而獲得良好的界面潤濕，而且潤濕面積隨超聲能量的增加而增加。 超聲纖焊還可實(shí)現(xiàn)異種金屬材料及金屬基復(fù)合材料的快速高強(qiáng)度連接。

• 超聲沖擊處理

焊趾超聲沖擊處理是近年來發(fā)展起來的一種改善焊接接頭疲勞性能的新技術(shù)。這種技術(shù)具有效率高、無噪聲等優(yōu)勢(shì)，是一種高效低成本改善焊接接頭疲勞性能的技術(shù)。經(jīng)過超聲沖擊處理的焊接構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度可以相當(dāng)于或 高于母材的疲勞強(qiáng)度，且對(duì)不同種類的金屬和合金都有明顯效果。 超聲沖擊處理目前在國外已成為比較流行的焊后處理、 表面局部強(qiáng)化和消除焊接殘余應(yīng)力的方法。

功率超聲在直接金屬焊接方面的技術(shù)已相對(duì)成熟，工業(yè)應(yīng)用也較多，而在間接超聲金屬焊接方面的工業(yè)應(yīng)用卻有限，很多尚處于試驗(yàn)研究階段。 功率超聲金屬焊接應(yīng)用的機(jī)理方面亦有待深入研究。 但是，由于功率超聲對(duì)材料本身和環(huán)境無污染并且耗能少，效率高的自身優(yōu)勢(shì)， 以及相關(guān)物理、材料、 電子等領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展使大功率超聲設(shè)備和耐高溫變幅桿的生產(chǎn)成為可能。 因此，我們有充分理由相信 功率超聲在金屬材料焊接領(lǐng)域的研究和應(yīng)用會(huì)倍加受到關(guān)注和重視， 從而得以迅速發(fā)展。