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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)的一種焊接方法是近年來(lái)新開(kāi)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(lái)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(lái)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(guò)程中引入超聲 波振動(dòng)則可加速擴(kuò)散過(guò)程。

• 纖焊

在纖焊中，超聲振動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn) 生的彈性能通過(guò)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(rùn)濕，而且潤(rùn)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(wú)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(guò)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(guó)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(wú)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。