1、接头形成过程:
超声波焊接过程与电阻焊相似,由预压、焊接、维持这三个步骤组成一个焊接循环,从接头形成的微观机理上分析,超声波经历以下三个阶段:
振动摩擦阶段:
超声波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似,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,使纯净的金属表面暴露出来,焊接时由于上声极的超声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它覆着物。
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切应力的共同作用下,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焊件材料内部,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在结晶现象。
固相结合阶段:
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,咬合面积也小,接合强度不够,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,形成牢固的接头。
超神波焊接接头的形成主要由振动剪切力、静压力和焊区温升三个因素决定,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。
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