超音波線束焊接機

基本介紹

• 中文名：超音波金屬焊接

介紹及原理

任何東西的振動都會發出聲音，任何聲音都是靠振動而發生的。人的耳朵只能覺察到一定範圍內的聲音，這個範圍最高可到18000（18K）Hz。更高頻率的聲音我們把它稱為超音波。超音波可產生高頻的振動，利用這種振動，我們可以很容易對非鐵金屬進行焊接。超音波線束焊接機是超音波金屬焊接機的衍生設備。主要套用於汽車線束、機車線束的焊接等銅線、鋁線的焊接。所以常被叫做汽車線束焊接機。

超音波金屬焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，其優點在於快速、節能、熔合強度高、導電性好、無火花、接近冷態加工；缺點是所焊接金屬件不能太厚（一般小於或等於5mm）、焊點位不能太大、需要加壓。超音波金屬焊接是19世紀30年代偶然發現的。當時在作電流點焊電極加超聲振動試驗時，發現不通電流也能焊接上，因而發展了超聲金屬冷焊技術。超音波焊接雖然發現較早，但是到目前為止，其作用機理還不是很清楚。它類似於摩擦焊，但有區別，超聲焊接時間很短，溫度低於再結晶；它與壓力焊也不相同，因為所加的靜壓力比壓力焊小的多。一般認為在超音波焊接過程中的初始階段，切向振動出去金屬表面的氧化物，並是粗糙表面的突出部分產生反覆的微焊和破壞的過程而使接觸面積增大，同時使焊區溫度升高，在焊件交界面產生塑性變形。這樣在接觸壓力的作用下，相互接近到原子引力能夠發生作用的距離時，即形成焊點。焊接時間過長，或超音波振幅過大會使焊接強度下降，甚至破壞。

特點

不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒有殘餘應力，對焊件表面的焊前處理要求不高。不但同類金屬，而且異類金屬之間也可以焊接。可以將薄片或細絲焊接在厚板上。超聲焊接良導電體的能量比電流焊接少的多，常用於電晶體或積體電路的引線的焊接。用於藥物和易爆材料的密封焊時，能避免一般焊接因有溶解物體而污染藥品，不會因受熱而發生爆炸等等。就是運用超音波來對金屬導線進行焊接的。它由功率箱、換能器、氣動主機和工具頭組成。此外，還包括集線器、導線測量裝置和微處理器等控制組件。功率箱可把通常的外部電壓（220V，1Φ，50或60Hz）轉換成20000Hz（20KHz），1000V的電壓，然後再由功率箱調節控制後輸出，作用到換能器上。換能器是一種高效的電器元件，可以把電能轉變成機械能。與普通電機相比，換能器的主要有兩大區別：首先，換能器把電能轉換為線形振動而不是轉動；其次，它的工作效率非常高，能夠把95%的電能進行轉化。通過換能器轉換後，機械能被作用到焊頭上。超音波焊頭由鈦合金製成，並根據聲學原理加工成特定的形狀，從而保證了能量的最大傳輸。

優點

超音波焊接最重要的一個優點就是溫度較低。溫度的產生是不可避免的，它只是由摩擦所產生的，只相當於金屬熔點的1/3或1/2。在焊接過程所產生的低溫下，由於退火的產生和低溫沒有破壞導線的絕緣性，金屬導線保留了原有的性能；此外，較低的溫度還意味著可以把很薄的金屬焊接到厚金屬上，而不造成薄金屬的損傷。這些線上束生產中都是十分重要的。

在電器產品中使用的大部分金屬，其導熱性都很好，這樣用熔化的方法就很難來焊接。因為熱量很快就從金屬表面散發掉了，這就需要施加更多的熱量補充來完成焊接。超音波焊接就沒有遇到這些問題。事實上，由於沒有熔化發生，超音波焊接的能量只相當於電阻焊的1/30。換句話說，用功率3KW的超音波焊機可以完成電阻焊需要90KVA才能完成的工作，因此工作中的成本也是顯而易見的。

超音波焊接是一個機械的過程，沒有電流流過工件，所以金屬的導電率也就沒有影響。金屬表面一般都會附著污染物和氧化層，使用超音波焊接，無需對金屬表面進行預先處理，超音波振動可以直接把附著物振碎後除去。超音波焊接的另一個重要優點是工件壽命長。超音波線束機的焊頭有4個工作面，這樣就減少了後期設備維護費用。

結構特徵

超音波線束焊接機由機台、超聲功率發生器兩個部分組成。

1、機台 機台有機箱、導柱、換能器、氣動系統、PC電路、底模組成。

2、聲組件聲組件由換能器、焊頭兩個部分組成。換能器採用壓電振子，其作用是將電能轉換機械振動。變換器類比於電路中的變壓器，起機械阻尼變換和振幅放大作用。焊頭是根據焊接要求和焊件形狀設計的，它還起著二級阻抗變換和振幅放大作用。從結構和形狀看，焊頭不算複雜，然而卻需要最好的設計、最好的材料和會好的加工技術。形狀複雜、尺寸較大的焊頭，設計難度很大，一般都由製造廠設計。

3、氣壓系統氣壓系統由壓縮空氣作動力，通過電磁閥切換電路，推動氣缸活塞帶動焊頭做上下運動。用調壓閥控制氣壓大小，用單向節流閥控制升降速度。

4、控制電路

控制電路對焊接過程執行程式控制。面板上功能鍵，可根據焊接不同對象設定焊接時間，延遲時間，然後踩下腳踏開關，焊機將自動完成一次焊接過程。

5、超聲功率發生器超聲功率發聲器向聲組件提供電功率。由於在焊接過程中，聲組件的諧振頻率和阻抗將有較大變化，所以超聲功率發聲器必須有頻率自動跟蹤的能力，輸出功率受負載自動調節的能力。NC-3000型超音波金屬點焊機採用他激振盪；相位法自動頻率跟蹤；恆定振速控制。

技術要求

根據IPC標準：要求超音波焊接的線束，寬厚比介於1:1和2:1之間；‚線材不得出現任何變色；③在加壓面可辨識股線的輪廓，但是沒有鬆散的股線。

所以根據以上要求及汽車線束生產的多規格要求，對超音波線束焊接機就有以下技術要求：

1. 超音波振幅連續可調。由於超音波能量線上束厚度方向會存在衰減，對於越厚的線結，需要的焊頭振幅就越大。超音波振幅連續可調，還可避免不同面積的電線表面變色。同一台機器，在焊接1mm²和焊接25mm²線束時，振幅參數基本要相差30%。

2. 線頭夾具縫隙要求：≦0.02mm。超音波焊是高能量密度的，縫隙大就會造成卡線。

3. 質量控制軟體。要求機器能對每個焊點做出質量評判：判別何種情況下為焊接不良，何種情況下為缺線等，並作出警示。這也要求超音波焊接有能量控制模式。