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超声波金属焊接机
来源:苏州优宏祥机械设备新凤凰彩票         发布时间:2017-01-08
一、超声波金属焊接机经历的三个阶段:
  (1)振动摩擦阶段:超声波金属焊接的第一个过程主要是摩擦过程,其相对摩擦速度与摩擦焊相近,只是振幅仅仅为几十微米。这一过程的主要作用是排除焊件表面的油污、氧化物等杂质,使纯将的金属表面暴露出来。焊接时,由于上声极的超声波振动,使其与上焊件之间产生摩擦而造成暂时的连接,然后通过它们直接将超声波振动能传递到焊件间的接触表面上,在此产生剧烈的相对摩擦,由初期个别凸点之间的摩擦逐渐扩大到面摩擦,同时破坏、排挤和分散表面的氧化膜及其他附着物。
  (2)温度升高阶段:在继续的超声波往复摩擦过程中,接触表面温度升高(焊区的温度约为金属熔点的35%~50%),变形抗力下降,在静压力和弹性机械振动引起的交变节应力的共同作用下,焊件间接触表面的塑性流动不断进行,使已被破碎的氧化膜继续分散甚至深入到被焊材料内部,促使纯金属表面的原子无限接近到原子能发生引力作用的范围内,出现原子扩散及相互结合,形成共同的晶粒或出现再结晶现象。
  (3)固相接合阶段:随着摩擦过程的进行,微观接触面积越来越大,接触部分的塑性变形也不断增加,焊接区内甚至形成涡流状的塑性流动层,出现焊件间的机械咬合。焊接初期咬合点较少,咬合面积也较少,接合强度不高,很快被超声波振动所引起的切应力所破坏。随着焊接过程的进行,咬合点数和咬合面积逐渐增加,当焊件之间的结合力超过上声极与上焊件之间的结合力时,切向振动不能切断焊件之间的结合,形成牢固的接头。
二、超声波金属焊接机的原理:
  超声波金属焊接机接头的形成主要由振动剪切力、静压力和焊区的温升三个因素所决定,它们之间相互影响,相互制约,并和焊件的厚度、表面状态及其常温性能有关。
  (1)机械嵌合:超声波金属焊接接头中常见到两焊件接触处形成塑性流动层,并呈现犬牙交错的机械嵌合,这种接合对连接强度起到有利的作用,但并不是金属的连接,在金属与非金属之间的超声波金属焊接接时,这种机械嵌合作用占主导地位。
  (2)金属原子间的键合:在超声波金属焊接接接头中,焊接界面之间存在大量被歪扭的晶粒,这些晶粒是跨越界面的“公共晶粒”,其尺寸与母材金属的晶粒无明显差别,接头不存在明显的界面,两材料之间通过金属原子的键合而连在一起。可以认为,在焊接开始时,待焊材料在摩擦功的作用下发生强烈的变形和塑性流动,特别是氧化膜去除或破碎以后,为纯净金属表面之间的接触创造了条件,而继续的超声弹性机械振动以及温升,又进一步造成金属晶格上的原子处于受激状态,当金属原子相互接近到0.1~0.3nm时,就有可能出现原子间相互作用的反应区,形成金属键。
  (3)金属间的物理冶金:超声波金属焊接接中还存在着由于摩擦生热所引起的再结晶、扩散、相变以及金属间化合物形成等冶金过程。到目前为止,该方面的研究较少,缺乏必要的证据,特别是短时间焊接时,接头中不一定出现再结晶组织强相变,但仍然能够形成接头,由此可知,再结晶,扩散和相变不是形成接头的必要条件。
  (4)界面微区的熔化现象:超声波金属焊接接时,微区焊接温度很难精确测量,不能排除微区中出现局部熔化现象。用高倍透射电子显微镜对0.4mm厚的各种Al和Cu接头进行了微观组织分析,发现同种材料的焊缝厚度在μm范围内,焊缝区的晶粒尺寸只有0.05~0.2μm,而轨制母材的晶粒为5~50μm。如果用一般的方法将母材经过塑性变形和低于熔点的不同温度退火,此时再结晶形成的晶粒均>3μm,而没有发现更细小的晶粒。当Al和Cu进行超声波金属焊接接时,也同样发现连接区有焊接时新形成的微细晶粒,而且都是等轴晶粒。电镜分析中还观察到,在连结区微细晶粒边界的转角处有非熔化质点存在,这正是含有非熔化质点的金属加热熔化后发生凝固的特点。可以认为,超声波金属焊接时,界面薄层或局部发生了短时熔化及随后的高速冷却过程
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