超声波焊接机参数设置

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超声波焊的工艺参数

超声波焊接的主要工艺参数包括焊接功率P、振动频率f、振幅A、静压力F和焊接

时间t等

（1）焊焊接功率

焊接功率取决于焊件的厚度δ和材料的硬度H，并可按下式确定

P=kH3/283/2

(8.1)

式中，P为焊接功率，W；k为系数；H为材料的硬度，HV；6为焊件厚度，mm

般说来，所需的超声波焊接功率随焊件厚度和硬度的增加而增加。板厚和硬度与焊接

功率的关系如图8．10所示。

252特种焊接技术及应用

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（2）振振动频率

振动频率在超声波工艺上有两重意义，即谐振频率的数值和谐振频率的精度。谐振频率

的选择以焊件的厚度及物理性能为依据，一般控制在15～75kHz之间。薄件焊接时，宜选

用较高的谐振振频率，因为在维持声功能不变的前提下，提高振动频率就可以相应降低幅

从而减轻薄件因交变应力而可能引起的疲劳破坏。通常小功率超声波焊机（100W以下）多

选用25～75kH［z的谐振频率。焊接厚件时或焊接硬度及屈服强度较低的材料时，宜选用较

低的振动频率。大功率超声波焊机一般选用16～20kHz较低的谐振频率

由于超声波焊接过程中负载变化剧烈，随时可能出现失谐现象，导致接头强度的降低

因此焊机的频率一且被确定以后，就需要维持声学系统的谐振，这是焊接质量及稳定性的基

本保证证。图8．11是超声波焊点抗剪力与振动频率的关系，材料的硬度越高，厚度越大，振

动频率的影响越明显。

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振幅决定着摩擦功的大小，关系到材料表面氧化膜的清除效果、塑性流动状态以及结合

（3）振幅

面的加热温度等。由于实际应用中超声功率的测量有困难，因此常用振幅表示功率的大小。

超声功率与振幅的关系可由下式确定。

(8.2)

p-u

SFU=ASF2AW/m=4zSFAF

式中，P为超声功率，W；F为为静压力，N；S为焊点面积，mm2；为相对速度，

mm／s；A为振幅，m；∠为摩擦系数；为角频率，＝2x／；f为振动频率，khz

超声波焊接振幅由焊件厚度和材质决定，选用范围为5～25m。较较低的振幅适合于硬

度较低或较薄的焊件，所以小功率超声波点焊机其频率较高而振幅范围较低。随随着材料硬度

及厚度的提高，选选用的振幅值相应增大。

当换能器材料及结构选定后，振幅大小还与聚能器的放大系数有关，可以通过调节超声

波发生器的输出功率调节振幅的大小。

（4）静静压力

静压力用来直接向焊件传递超声振动能量，选用

取决于材料的厚度、硬度、接头形式和超声声波功率。

通常可通过绘制临界曲线的方法来选择静压力。静压

力与功率的临界曲线见图8．12。

当静压力过低时，由于超声波几乎没有被传递到

焊件，不足以在焊件之间产生一定的摩擦功，超声波

能量几乎全部损耗在上声极与焊件之间的表面滑动，

因此不可能形成连接。当静压力过大时，振动能量不

能合理运用，过大的静压力使摩擦力过大，造成焊件

之间的相对摩擦运动减弱，甚至会使振幅有所降低，

焊件间的连接面积不再增加，降低接头强度

对某一特定产品，静压力可以与超声波焊功率相

图8．12静压力与功率的临界曲线线联系加以确定。表8．4中列出各种功率的超声波焊机

的静压力范围。

（5）焊接时间

焊接时间是超声波能量输人焊件的时间。焊点的形成有一个最小焊接时间，小于该时间

不足以破坏金属表面氧化膜而无法焊接。通常随焊接时间的延长，接头强度增加，然后逐新

趋于稳定值。但当焊接时间过长时反使焊点强度下降，因为焊件受热加剧，塑性区扩大，引

起焊点表面和内部的组织粗化，降低接头强度。

焊接时间的选择随材料性质、厚度而定，高功率和短时间的焊接效果通常优于低功率和

较长时间的焊接效果。当静压力、振幅增加及材料厚度减小时，超声波焊接时间可取较低数

值。对于金属细丝或箔片，焊接时间为0．01～0．1s，对于金属厚板焊接时间一般不会超

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除了上述的主要工艺参数外，还有一些影响焊接过程的其他工艺因素。例如焊机的精度

以及焊接气氛等。一般情况下超声波焊无需对焊件进行气体保护，只有在特殊应用场合下，

如钛的焊接、锂与钢的焊接等才采用氩气保护。在有些包装应用场合，可能需在干燥箱内或

无菌室内进行焊接。表8．5列出几种材料超声波焊接的工艺参数示例。

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