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超声波金属点焊机焊接工艺参数

超声波金属点焊机焊接工艺参数

焊接需用的功率P(W)取决于工件的厚度δ(MM)和材料硬度H(HV),并可按下式确定

P=DH3/2

δ3/2

式中K——系数,其函数关系见图31-7。

图31-17需用功率与工件硬度的关系

由于在实际应用中超声功率的测量尚有困难,因累常常用振幅来表示功率的大小。

P=μSFv

=μsF2Aω/Л

=4μsFAf

式中   P——超声功率;         F——静压力;     S——焊点面积;     V——相对速度

A——振幅;                 μ——摩擦系数; ω——角频(ω=2Лf);f——振动频率。

常见振幅约为5~25μM,当换能器材料及其结构按功率选定后,振幅值大小还与聚能器的放大系数有关。

调节发生器的功率输出,即可以调节振幅的大小,图31-8是铝镁合金超声波焊点抗剪强度与振幅的实验关系。如图所示,当振幅为17μM时抗剪强度最大,振幅减少则强度显著降低,当振幅A<6μM时,无论采用多长时间或多大的静压力都不能形成焊点。振幅还一个上限值,超过此值后强度会降低,这与材料内部及表面发生疲劳裂缝以及上声极埋入工件后削弱了焊点断面有关。

图31-18 铝镁合金焊点抗剪强度与振幅的关系(1)

超声波焊的谐振频率f在工艺上有两重意义,即谐振频率的选定以及焊接时的失谐率。

谐振频率的选择以工件厚度及物理性能为依据,进行薄件焊接时,宜选用高的谐振频率(如80KHZ),这样可以在维持声功率相等的前提下降低需用的振幅。但是,频率提高会使声学系统内的传播损耗急剧增加,因而大功率焊机一般都在设计时选择16-20KHZ的较低频率,低于16KHZ的频率由于出现了噪声而很少选用。

硬度与屈服极限较低的材料适宜于采用较低的工作频率,反之则选用稍高的频率。

由于超声波焊接过程中负载变化很剧烈,随时可能出现失谐现象,从而导致接头强度的降低和不稳定。因此焊机的选择频率一旦被确定以后,从工艺角度讲就需要维持声学系统的谐振,这是焊点质量及其稳定性的基本保证。

图31-19是焊点抗剪强度与振动频率的实验曲线,材料的硬度愈高,厚度愈大,偏离谐振频率(即失谐)的影响也就愈显著。

为了保证声学系统的谐振,除了采用频率自动跟踪式发生器外,还应进一步改善声学系统的设计,例如弯曲振动系统就比纵向振动系统在频率稳定性方面要好。

静压力是直接影响功率输出及工件变形条件的重要因素,它的选择取决于材料厚度及硬度。

通常在确定上述各种参数的相互影响时,可以通过绘制临蚧曲线的方法来达到。图31-20即为表示静压力与功率的临蛤曲线。

通常在确定上述各种焊接参数的相互影响时,台以通过绘制临界曲线的方法来达到。

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