在工業(yè)產(chǎn)品制作中,經(jīng)常會用到一些工業(yè)材料,像塑料、金屬、木材等一些其他工業(yè)材料.在日常生活中我們經(jīng)常會看到某件產(chǎn)品不只用一種材料來制作；我們也經(jīng)?？吹揭患a(chǎn)品由多個(gè)部分組成、并且各部分之間還會產(chǎn)生空隙,這不僅會影響產(chǎn)品的質(zhì)量,還會影響產(chǎn)品的美觀度.這就要求把它們彼此之間焊接起來.隨著技術(shù)的發(fā)展,人們對焊接技術(shù)的要求越來越高,目前傳統(tǒng)的焊接技術(shù)不但成本較高,而且焊接的質(zhì)量不高,往往會產(chǎn)生細(xì)小的縫隙.因此人們希望運(yùn)用新的焊接技術(shù)來提高產(chǎn)品的質(zhì)量.
1943年,在總結(jié)前人理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)上,美國的Behl發(fā)明了超聲波焊接,從此推動了超聲波焊接技術(shù)的發(fā)展.由于超聲波焊接機(jī)的焊接技術(shù)具有節(jié)能、無須裝配散煙散熱裝置、焊接時(shí)無須焊接附件、成本低、效率高、密封性好、易實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),超聲波焊接技術(shù)發(fā)展的越來越快。
1.超聲波焊接技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)狀
像在航空航天、核能工業(yè)、電子工業(yè)等這樣一些精度要求很高的工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域中,使用傳統(tǒng)的焊接技術(shù)很難達(dá)到技術(shù)要求,而且成本高、效率低.目前,超聲波焊接技術(shù)在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用,像醫(yī)療機(jī)械、包裝、五金等行業(yè)；能焊接的產(chǎn)品也很多,像汽車零部件、光學(xué)鏡頭、U盤等.
2.超聲波焊接技術(shù)的原理和特點(diǎn)
超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波,因此能量大.超聲波焊接是利用超聲波頻率（超過20000赫茲）的機(jī)械振動能量,連接同種或異種金屬、半導(dǎo)體、塑料及金屬陶瓷等材料的特殊焊接方法[1].超聲波作用于熱塑性的塑膠表面時(shí),會產(chǎn)生每秒上萬次的高頻振動,這種達(dá)到一定振幅的高頻振動,通過上焊件把超聲波能量傳到焊區(qū),又由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻比較大,因此會產(chǎn)生局部高溫.又由于塑料制品導(dǎo)熱性差,一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)出聚集的能量,因此能量就會聚集在焊區(qū),致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化,加上一定的壓力后,就會使其融合成為一體.當(dāng)超聲波停止作用后,讓壓力再持續(xù)幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈,從而達(dá)到焊接的目的.在對金屬進(jìn)行超聲波焊接時(shí),既不向工件輸送電流也不向工件施以高溫?zé)嵩?只是在靜壓力作用之下,將彈性振動能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ缑骈g的摩擦功、形變能及有限的溫升,使得焊接區(qū)域的金屬原子被瞬間激活,兩相界面處的分子相互滲透,最終實(shí)現(xiàn)金屬焊件的固態(tài)連接.其焊接原理示意圖如圖1所示[2].
2.1超聲波焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比較,超聲波焊接技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接速度快、焊接精度高、焊接焊點(diǎn)強(qiáng)度高；（2）焊接范圍廣、穩(wěn)定性好、被焊接后的工件變形很?。唬?）焊接物表面清潔美觀、平整光滑；（4）焊接時(shí),不需添加焊接劑,對被加工物不產(chǎn)生污染、不產(chǎn)生有害氣體,因此是一種環(huán)保的焊接方法；（5）焊接時(shí),只需提供較小的動力即可進(jìn)行焊接,耗能低；（6）操作簡單、成本低、效率高、密封性好.
超聲波焊接技術(shù)的缺點(diǎn)
盡管超聲波焊接技術(shù)有很多的優(yōu)點(diǎn),但也存在不足之處,因此不得不加以重視.超聲波焊接技術(shù)有如下缺點(diǎn)：
（1）對超聲波焊接機(jī)理的認(rèn)識還不夠全面；
（2）對金屬進(jìn)行焊接時(shí),焊件不能太厚；
（3）對超聲波焊接技術(shù)的影響因素比較多,不易進(jìn)行把握分析和總結(jié)；
（4）制造一些大功率的超聲波焊接機(jī)成本高、而且比較困難；
（5）對焊接好后的工件進(jìn)行焊接處質(zhì)量檢測比較困難,因此給大批量生產(chǎn)帶來阻礙.
3.影響超聲波焊接質(zhì)量的因素
雖然超聲波焊接技術(shù)有眾多優(yōu)點(diǎn),但其焊接質(zhì)量與熔融量、材料的材質(zhì)等因素有關(guān),概括起來主要包括以下幾方面的因素,
A:焊接材料的材質(zhì)：一般來說焊接質(zhì)量與材料的物性和材料的改性有關(guān).材料的物性包括材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率、熔點(diǎn)等.物件的焊接質(zhì)量與材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、熱導(dǎo)率成正比,與其密度、熔點(diǎn)成反比.材料的改性指的是在適宜的工藝條件下加入一些填料以改善材料的原有性能,使其滿足客戶的使用要求.在適宜的工藝條件下加入一些性能相近的材料,可以提高焊接接頭強(qiáng)度.
B:焊頭與焊件的接觸面：焊接面的清潔度、材料表面的粗糙度會影響焊件的焊接質(zhì)量.增加材料的表面粗糙度可以提高焊接質(zhì)量；焊接面的清潔度越高,焊接質(zhì)量也越高.
C:其他因素：超聲波焊接技術(shù)的工藝參數(shù)、焊接件的結(jié)構(gòu)、連接形式、焊接時(shí)的熔融量、超聲波的功率等.為達(dá)到最佳的焊接效果,在產(chǎn)品研發(fā)階段,要對這些因素進(jìn)行綜合考慮.
