1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body其它焊接工艺其它焊接工艺 IWE-31.15 授课教师授课教师:元哲石元哲石吉林大学焊接技术培训基地吉林大学焊接技术培训基地IIW Authorised Training Body 超声波焊接是利用超声波频率（超过 16KHz）的机
2、械振动能机械振动能量，在工件表面产生塑性变形并量，在工件表面产生塑性变形并在压力下破坏表面层在压力下破坏表面层，实现焊接的方法。它由震动剪切力、静压力、焊区温升三个因素所决定。IIW Authorised Training Body1.超声波焊接原理及分类超声波焊接原理及分类 既不向工件输送电流，既不向工件输送电流，也不向工件引入高温热源只也不向工件引入高温热源只是是在静压力及弹性振动能的在静压力及弹性振动能的共同作用下共同作用下，将，将机械动能转机械动能转变成工件间摩擦功形变能变成工件间摩擦功形变能和和随之而产生的温升，从而使随之而产生的温升，从而使工件在固态下实现连接工件在固态下实现连接。
3、弹性振动能量的大小取弹性振动能量的大小取决于引入工件的振幅大小决于引入工件的振幅大小。1 1）工作原理）工作原理超声波焊原理图超声波焊原理图IIW Authorised Training Body换能器换能器：将电磁能转换成同频率的弹性机械振动能。将电磁能转换成同频率的弹性机械振动能。磁致伸缩式磁致伸缩式半永久性器件，工作稳定可靠，半永久性器件，工作稳定可靠，但换能效率只有但换能效率只有2040%2040%。压压 电电 式式 效率高，可达效率高，可达808090%90%。但比较脆弱。但比较脆弱。聚能器聚能器：放大振幅。振幅分布与锥面形状及其放大系数放大振幅。振幅分布与锥面形状及其放大系数 有关
4、。有关。2 2）分类）分类 按声波的高频振荡能量传播方向可分两种基本类型。按声波的高频振荡能量传播方向可分两种基本类型。垂直于焊件表面垂直于焊件表面（超声波塑料焊接）（超声波塑料焊接）切向传递到焊接表面切向传递到焊接表面（超声波金属焊接）（超声波金属焊接）IIW Authorised Training Body（1 1）垂直于焊件表面）垂直于焊件表面 超声波振动的方向与焊接表面相反，在塑性状超声波振动的方向与焊接表面相反，在塑性状态实现焊接。焊接接头为态实现焊接。焊接接头为搭接、对接、角接搭接、对接、角接等。等。超声波塑料焊接超声波塑料焊接 超声波焊接接头形式超声波焊接接头形式 IIW Aut
5、horised Training Body（2 2）切向传递到焊接表面）切向传递到焊接表面金属超声波焊可分为金属超声波焊可分为点焊、环焊、缝焊点焊、环焊、缝焊。超声波点焊超声波点焊 超声波点焊示意图超声波点焊示意图 IIW Authorised Training Body 超声波缝焊超声波缝焊 声波电极的端部是声波电极的端部是圆盘状，振动器装在可圆盘状，振动器装在可转角的波节转角的波节K1K1上，力作上，力作用在振动波节用在振动波节K2K2上。焊上。焊接速度为接速度为0.40.410mm/min10mm/min。超声波环焊超声波环焊 声波电极通过声波电极通过正切位置的正切位置的声波声波供应器被
6、激发实供应器被激发实现扭转振动。现扭转振动。IIW Authorised Training Body2.超声波焊的特点及应用超声波焊的特点及应用（1 1）可适用于多种组合材料的焊接。）可适用于多种组合材料的焊接。（2 2）不会对半导体等材料引起）不会对半导体等材料引起高温污染及损伤高温污染及损伤。（3 3）易焊接高热导率及高电导率的材料易焊接高热导率及高电导率的材料。如金、如金、银、铜、铝等。银、铜、铝等。（4 4）耗用功率小。仅为电阻点焊的）耗用功率小。仅为电阻点焊的5%5%左右，左右，焊件变形小于焊件变形小于3 35%5%，焊点强度及强度稳，焊点强度及强度稳 定性平均提高约定性平均提高约1
7、51520%20%。（5 5）对工件表面的清洁度要求不高对工件表面的清洁度要求不高。1 1）优点）优点IIW Authorised Training Body3 3）应用）应用 超声波焊广泛用于微电子器件及精加超声波焊广泛用于微电子器件及精加工技术，最成功的应用是集成电路元件的工技术，最成功的应用是集成电路元件的互连。在电子航天电器包装塑料等工业都互连。在电子航天电器包装塑料等工业都广泛应用。广泛应用。2 2）缺点）缺点 金属超声波焊接需用金属超声波焊接需用功率随工件功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增厚度及硬度的提高呈指数剧增，因而，因而只限于丝、箔、片等薄只限于丝、箔、片等薄 件的焊接。件
8、的焊接。大多数情况下只适用于搭接接头。大多数情况下只适用于搭接接头。IIW Authorised Training Body二、爆二、爆 炸炸 焊焊 1.1.爆炸焊原理及方法爆炸焊原理及方法 爆炸焊是利用炸药爆炸产生的爆炸焊是利用炸药爆炸产生的冲击力冲击力造成造成焊接的迅速碰撞，在接触面上造成焊接的迅速碰撞，在接触面上造成塑性变形塑性变形而而实现连接的一种焊接方法。主要方法可分为实现连接的一种焊接方法。主要方法可分为平平行法和角度法行法和角度法。1.放炸药的板放炸药的板 （复合板）（复合板）2.基板基板3.基础基础4.缓冲层缓冲层5.炸药炸药平行法平行法角度法角度法角度法角度法IIW Auth
9、orised Training Body 2.爆炸焊的特点及应用爆炸焊的特点及应用 1）特点特点（1）将任意相同或不相同的金属材料迅速，）将任意相同或不相同的金属材料迅速，牢固地焊接起来。牢固地焊接起来。（2）工艺简单，易掌握。）工艺简单，易掌握。（3）不需要大型设备和大量投资。）不需要大型设备和大量投资。（4）不仅能焊点焊、线焊还可以焊面焊。）不仅能焊点焊、线焊还可以焊面焊。（5）比较经济。）比较经济。2）应用应用（1）可焊接物理和化学性质相差悬殊的金属材料。）可焊接物理和化学性质相差悬殊的金属材料。（2）可以生产复合材料。）可以生产复合材料。（3）可用复合材料加工成各种不同金属的过渡接头。
10、）可用复合材料加工成各种不同金属的过渡接头。IIW Authorised Training Body基板与复合板厚度比（基板与复合板厚度比（1:110:1）基板基板复板复板炸药炸药雷管雷管IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body3.3.爆炸焊可焊材料爆炸焊可焊材料IIW Authorised Training Body三、扩三、扩 散散 焊焊 1.1.扩散焊原理扩散焊原理 扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互
11、接触，扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过通过微观塑性变形微观塑性变形或通过待焊面产生的或通过待焊面产生的微量液相微量液相而扩大待而扩大待焊面的物理接触，然后经较长时间的焊面的物理接触，然后经较长时间的原子相互扩散原子相互扩散来实现来实现冶金结合的一种焊接方法。冶金结合的一种焊接方法。在金属不熔化的情况下两在金属不熔化的情况下两工件之间接触距离达到（工件之间接触距离达到（15）1010-8-8 CM CM以内时，金属原子间以内时，金属原子间的引力才开始起作用。一般金的引力才开始起作用。一般金属通过精密加工后，其表面轮属通过精密加工后，其表面轮廓算术平均偏差为（廓算术平均偏差为（0
12、.80.81.61.6）1010-4-4 CM CM。在零压力作用下接在零压力作用下接触时，实际接触面只占全部表触时，实际接触面只占全部表面积的百万分之一面积的百万分之一。在施加正。在施加正常扩散压力时，实际接触面仅常扩散压力时，实际接触面仅占全部表面积的占全部表面积的1%1%左右。左右。金属真实表面示意图金属真实表面示意图 IIW Authorised Training Body1 1）扩散焊过程的三个阶段）扩散焊过程的三个阶段 第一阶段第一阶段 变形和交界面的形成变形和交界面的形成。在温。在温度和压力的作用下，微观凸起部度和压力的作用下，微观凸起部位首先接触和变形，在变形中表位首先接触和变
13、形，在变形中表面吸附层被挤开，氧化膜被挤碎面吸附层被挤开，氧化膜被挤碎，凸点产生塑性变形，开始形成，凸点产生塑性变形，开始形成金属键连接。金属键连接。第二阶段第二阶段 晶界迁移和微孔的消除晶界迁移和微孔的消除。原。原子扩散和再结晶的作用，开始形子扩散和再结晶的作用，开始形成焊缝。成焊缝。第三阶段第三阶段 体积扩散，微孔和界面消失体积扩散，微孔和界面消失。原子扩散向纵深发展，在界面处原子扩散向纵深发展，在界面处达到冶金连接。达到冶金连接。固相扩散焊固相扩散焊液相扩散焊液相扩散焊IIW Authorised Training Body2 2）影响扩散过程和程度的主要工艺因素）影响扩散过程和程度的主
14、要工艺因素（1）温度温度：影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影 响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。响原子扩散的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊扩散焊 温度一般高于温度一般高于1/21/2金属熔化温度金属熔化温度。0.60.60.8Tm0.8Tm（TmTm母材熔点）。母材熔点）。（2）压力压力：主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑 性变形不足。性变形不足。0.50.550Mpa50Mpa。（3）时间时间：扩散焊需要较长的时间扩散焊需要较长的时间。时间过短，会导致焊。时间过短，会导致焊 缝中残留有许多孔洞，
15、影响接头性能。缝中残留有许多孔洞，影响接头性能。IIW Authorised Training Body 2.设设 备备 由真空室、加热由真空室、加热器、加压系统、真空器、加压系统、真空系统、温度测控系统系统、温度测控系统及电源等组成。及电源等组成。1）真空扩散焊设备）真空扩散焊设备IIW Authorised Training Body3 3）热等静压扩散焊设备）热等静压扩散焊设备 2 2）超塑成型扩散焊设备）超塑成型扩散焊设备 IIW Authorised Training Body3.3.扩散焊应用及特点扩散焊应用及特点 1）优点优点：（1 1）接头质量好，焊后无需机加工。）接头质量好，
16、焊后无需机加工。（2 2）焊件变形量小）焊件变形量小(低压力，工件整体加热，低压力，工件整体加热，随炉冷却随炉冷却)。（3 3）一次可焊多个接头。）一次可焊多个接头。（4 4）可焊一些其它方法无法焊接的材料。）可焊一些其它方法无法焊接的材料。2 2）缺点缺点：（1 1）设备投资大。）设备投资大。（2 2）焊接时间长，表面准备耗力大，生产率低。）焊接时间长，表面准备耗力大，生产率低。（3 3）对焊缝的焊合质量尚无可靠的无损检测手段。）对焊缝的焊合质量尚无可靠的无损检测手段。IIW Authorised Training Body3 3）应）应 用用 应用在一应用在一些特种材料，些特种材料，特殊结
17、构的焊特殊结构的焊接中接中。如；航天工业、如；航天工业、电子工业、电子工业、核工业等。核工业等。扩散焊可焊材料扩散焊可焊材料 IIW Authorised Training Body四、冷 压 焊1.1.冷压焊的原理冷压焊的原理 冷压焊是在室温条件下，冷压焊是在室温条件下，借助压力借助压力使待使待焊金属产生焊金属产生塑性变形而实现固态焊接塑性变形而实现固态焊接的方法。的方法。实质上通过塑性变形挤出连接部位的氧化膜实质上通过塑性变形挤出连接部位的氧化膜等杂物，使纯洁金属紧密接触达到晶间结合等杂物，使纯洁金属紧密接触达到晶间结合的过程。的过程。常用冷压焊方法有常用冷压焊方法有搭接和对接搭接和对接两
18、种。两种。冷压冷压搭接焊（冷压点焊）搭接焊（冷压点焊）冷压对焊冷压对焊IIW Authorised Training Body2.2.冷压焊的特点及应用冷压焊的特点及应用 1）特点特点（1 1）焊接过程中可行的变形速度既）焊接过程中可行的变形速度既不会引起接头的不会引起接头的 升温，也不存在界面原子的扩散升温，也不存在界面原子的扩散。因此，不会。因此，不会 产生软化区、热影响区和脆性金属中间相。产生软化区、热影响区和脆性金属中间相。（2 2）结合面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形）结合面均呈现复杂的峰谷和犬牙交错的空间形 象，使接触面大，其接头强度不低于母材。象，使接触面大，其接头强度不低于
19、母材。（3 3）压力是唯一的外加能量压力是唯一的外加能量。单位压力通常要比被。单位压力通常要比被 焊材料的焊材料的ss（屈服强度）大许多倍。（屈服强度）大许多倍。F=PS FF=PS F焊接压力（焊接压力（N N）PP单位压力（单位压力（MpaMpa）SS焊件的横截面积（焊件的横截面积（mmmm）（4 4）由于）由于不需加热，不需填料不需加热，不需填料，设备简单。，设备简单。（5 5）易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，）易于操作和自动化，焊接质量稳定，生产率高，成本低。成本低。IIW Authorised Training Body2 2）应用）应用（1 1）搭接焊可焊厚度为）搭接焊可
20、焊厚度为0.010.0120 mm20 mm的箔材、的箔材、带材、板材等。常用于导线或母线的连接。带材、板材等。常用于导线或母线的连接。（2 2）对接焊可焊断面为）对接焊可焊断面为0.5 mm0.5 mm（手焊钳）（手焊钳）1500 mm1500 mm（液压焊机）的异型断面的线（液压焊机）的异型断面的线 材、棒材、板材、管材等。在电气工程材、棒材、板材、管材等。在电气工程 中铝、铜导线、母线的焊接应用最广泛。中铝、铜导线、母线的焊接应用最广泛。IIW Authorised Training Body几种冷压焊方法的举例几种冷压焊方法的举例 拉伸过程中的冷压焊拉伸过程中的冷压焊压轧制板中的冷压焊压轧制板中的冷压焊挤压中的冷压焊挤压中的冷压焊IIW Authorised Training Body思思 考考 题题 试说明等离子弧焊、电子束焊、激光焊、电渣焊、摩擦焊、磁旋弧对焊、磁脉冲焊、超声波焊、爆炸焊、扩散焊、铝热焊、高频焊、冷压焊等焊接工艺的热源是如何产生的？以及它们各自的应用范围？
