[科普中国]-超声波金焊机

超声波金焊机是超声波金属焊接机的简称，超声波金属焊接技术于20世纪初发现的，随着科技地不断进步，超声波金属焊接机的类型在增加，焊接领域也在扩大。大体分类超声波金属点焊机、超声波金属滚焊机、超声波金属封切机、超声波金属线束焊接机。

简介超声波金焊机是超声波金属焊接机的简称，超声波金属焊接技术于20世纪初发现的，随着科技地不断进步，超声波金属焊接机的类型在增加，焊接领域也在扩大。大体分类超声波金属点焊机、超声波金属滚焊机、超声波金属封切机、超声波金属线束焊接机1。

分类超声波金焊机按频率可分为：高频（50K赫兹以上）金属焊接机、中频（30-40K赫兹）金属焊接机、低频（20K赫兹）金属焊接机；按使用可分为：超声波金属点焊机、超声波金属滚焊机、超声波金属封切机、超声波金属线束焊接机，简称点焊、滚焊、封切、线束；按振动模式可分为：纵向振动、、径向振动、弯曲振动、扭转振动，各种振动模式在各种使用都有应用，所以以振动模式来区分是不太恰当。 超声波金焊机类型有：标准型金属焊接机、标准型金属点焊机、非标金属焊接机、超声波金属滚焊机、超声波线束焊接机、超声波金属封尾焊接机、超声波金属端子焊接机、超声波铜铝铂焊接机、电池专用金属焊接机、超声波铜管封切机、太阳能热水器焊接机、太阳能金属滚焊机、超声波铝带铝箔铝片焊接机、太阳能铜管拔孔机、空调数控铜管冲孔翻边机、超声波镍片镍带焊接机、手提式金属点焊机、超声波汽车接线端子焊接机、超声波镍带铝带焊接机、镍氢电池金属焊接机等。

原理金属焊接原理

超声波金属焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。简而言之金属焊接机就是利用高频振动产生的能量，将同种或异种金属，在适当压力下通过冷磨及水平运动把金属表面分子相互渗合，达到焊接的目的。金属滚焊和金属封切均运用此焊接原理。

金属点焊原理

超声波金属点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来。点焊要求金属要有较好的塑性。焊接时，先把焊件表面清理干净，再把被焊的板料搭接装配好，压在两柱状铜电极之间，施加力压紧。当通过足够大的电流时，在板的接触处产生大量的电阻热，将中心最热区域的金属加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。再继续保持压力，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。

线束焊接原理

超声波线束焊接是利用超声波摩擦原理来实现不同介质的表面焊接，是一种物理变化过程。首先金属丝的首端必须经过处理形成球形(本机采用负电子高压成球)，并且对焊接的金属表面先进行预热处理；接着金丝球在时间和压力的共同作用下，在金属焊接表面产生朔性变形，使两种介质达到可靠的接触，并通过超声波摩擦振动，两种金属原子之间在原子亲和力的作用下形成金属键，实现了金丝引线的焊接。金丝球焊在电性能和环境应用上优于硅铝丝的焊接，但由于用贵金属的焊件必须加温，应用范围相对比较窄1。

特点1、焊接方面：两被焊接物体重叠，经超声振动加压接合成固态形式，接合时间短且接合部分不产生铸造组织（粗糙面）缺陷。

2、模具方面：超声焊与电阻焊方法比较，模具寿命长，模具整修与替换时间少，而且易于实现自动化。

3、能耗方面：同种金属不同种金属之间均可以进行超声焊接，与电气焊相比耗费能量少得多。

4、压焊对比：超声焊与其他压焊相比，要求压力较小，且变型量在10%以下，而冷压焊其工件变形量达40%-90%。

5、焊接处理：超声焊接不像其他焊接那样要求进行被焊表面的预处理及焊后的后处理。

6、焊接优势：处理超声焊接无需助焊剂、金属填料、外部加热等外部因素。

7、焊接效果：超声焊接可以使材料的温度效应降到最低（焊区的温度不超过被焊金属绝对熔化温度的50%），从而不使金属结构变化，因此很适合电子领域中的焊接应用。

优点1、高可靠性：通过时间、能量、功率和高限监测，保证优秀的过程控制；

2、节约成本：避免了消耗品如焊料、焊剂、折弯和黄铜材料，使超声波焊接成为有最佳经济效益的过程；

3、能耗低：超声焊接所需能量不到电阻焊的；

4、工具寿命：超声工具是用高质量工具钢精加工得到，具有优异的抗磨损性能，易安装、焊接精度高；

5、高效率与自动化：典型的焊接速度不超过0.5秒，尺寸小，保养工作量少，适应性强，使超声波设备成为自动化装配线的首选；

6、低工作温度：由于超声焊接不产生大量的热，所以它不会使金属工件退火、不会使塑料壳熔化，也不需要冷却水；

7、除绝缘皮：在大多数情况下，超声焊接的高频摩擦使人们无需剥去漆包线的绝缘皮或对工件表面进行预先清理；

8、异种金属焊接：对于不同类或同类金属（如铜+铜或铝+铜）有极好的焊接渗透混合效果；

9、设备特点：它通过对时间、能量、限位、频率等进行检测、保证焊接精度，垂直（非扇形）加压系统，焊后平面高度均匀、调节简单。

应用超声波金焊机适合多股绞合线与排线的焊接、转子与整流器的焊接、稀有金属电接头的焊接、 大尺寸导线与端子的焊接、 铜接线端与铍铜合金的焊接、 电磁线终端焊接、 电刷编织铜线与主电力电缆的焊接、 多金属线末端焊接、 多股绞合线与端子的焊接、 触点组件的焊接、 多股绞合铜线与铍铜端子的焊接、 发动机引出线末端焊接、 电线终端与成型端子的焊接、 厚铜片与铝板的焊接、 编织线终端与发动机电刷的焊接、 通过焊接实现电池间连接、 镀镍引线与温阻器铂引线的焊接、 小型金属片与金属网、金属箔片的焊接、 实心铜导体与黄铜端子的焊接、 铜编织线与黄铜端子的焊接、 电刷架组件的焊接、 实心铜线与稀有金属合金线的焊接等，一般用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼、不銹钢等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等材料实施瞬间焊接，总厚度可达2-4mm；广泛应用在汽车内饰件、电子、电器、电机、制冷设备、五金制品、电池、太阳能、交通器材等行业1。

种类点焊机点焊机工作原理

超声波金属点焊机是利用超声波高频振动磨擦原理把超声波振动的能量转换成摩擦能量传递到需焊接的金属表面，点焊是焊件在接头处接触面的个别点上被焊接起来，在摩擦产生热量的同时对其施加压力的情况下，使金属结构分子充分激活而形成分子层之间熔合，将中心最热区域的金属很快加热至高塑性或熔化状态，形成一个透镜形的液态熔池。继续保持压力，断开电流，金属冷却后，形成了一个焊点。

点焊机设备特点

1、采用全新整机设计，体积小、重量轻，外形美观；

2、操作方便，无需添加辅助材料，焊接速度快、能效高；

3、自主知识产权焊头，媲美世界名牌，降低使用成本；

4、操作容易，内置电子保护电路，使用安全；

5、用于金属的同类焊接，能对有色金属实施单点或多点焊接。

点焊机应用领域

1、动力电池多层正、负极焊接，镍氢电池镍网与镍片焊接；

2、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片焊接，铝箔与铝片焊接，铝片与镍片焊接；

3、汽车线束，电线头成型，电线互焊，多条电线互焊成线结，铜、铝线转换；

4、电线、电缆与名种电子元件、接点、连接器、端子焊接；

5、太阳能电池、平板太阳能吸热板、铝塑复合管滚焊，铜、铝板拼接；

6、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点、触点、异种金属片的焊接。

适用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼、不銹钢等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等材料实施瞬间焊接，总厚度可达2-4mm；广泛应用在汽车内饰件、电子、电器、电机、制冷设备、五金制品、电池、太阳能、交通器材、玩具等行业。

滚焊机滚焊机工作原理 超声波金属滚焊机是由于焊点间有一定的间距，所以只用于没有密封性要求的薄板搭接结构和金属网、交叉钢筋结构件等的焊接。如果把柱状电极换成圆盘状电极，电极紧压焊件并转动，焊件在圆盘状电极只间连续送进，再配合脉冲式通电。就能形成一个连续并重叠的焊点，形成焊缝，可运用金属的滚焊。

滚焊机设备特点

1、模块化设计，安装简易，焊接高度调节机构，维护方便；

2、微电脑控制，电子调谐频率，LCD显示，功率连续可调，操作简单；

3、直流电机无级调速，焊接方向可通过面板很方便地设定；

4、所有元器件材料经精心严格筛选，设备质量可靠耐用；

5、焊接强度高，接触电阻非常小，对轻薄金属有良好的焊接性能。

滚焊机应用领域

超声波金属滚焊机适用于铝塑复合管生产、太阳能集热器(热交换器管板焊接)、电热器具(发热管铝-铜焊接)、铝波纹板加工、铜铝板拼接。一般适用于铝、银、银铜合金、铜、磷铜、黄铜、紫铜、青铜、镍、黄金等高传导性金属焊接应用行业，在太阳能、电池、五金制品得到有效地应用。

封尾机封尾机工作原理 超声波金属封尾机是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，然后在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。因此在高温高压下，金属管或金属片两边熔接到一起，从而达到金属封尾效果。但对封尾金属管材质、管壁厚薄均匀度有一定的要求。

封尾机设备特点

1、手持式设计，操作更加方便，快速快；

2、采用PLL频率自动跟踪锁相环技术，无需人工调频；

3、焊头与换能器匹配性优良，精确度高；

4、焊接金属材料的外观及其焊接效果的稳定性更趋优良；

5、具有能量检测模式，自动记忆并储存比较每次焊接的输出功率，保证焊接质量的一致性。

封尾机应用领域

超声波金属封尾焊接机专用于金属管的封尾和封切焊接，尤其是铜管和铝的封尾焊接。如空调、冰箱、实验室温度测试设备等其中铜管的封尾焊接处理。一般应用于电冰箱、空调、电子、电器等行业的封尾焊接。

线束机线束机工作原理 超声波金属线束焊接机是利用换能器将振动波传递到两个需焊接的金属线束或金属件表面，在加压的情况下，使两个金属线束表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。主要应用于汽车线束、摩托车线束的焊接等铜线、铝线的焊接，所以常被叫做汽车线束焊接机。

线束机设备特点

1、原装的进口压电陶瓷换能器，输出功率大；

2、数字式显示，调节金属线束焊接更加容易；

3、线束焊接机使用人机界面控制，多种参数存储；

4、整机体积小、重量轻、外形美观，移动方便；

5、线束焊接机为无级调整振幅，无需频繁更换增幅器。

线束机应用领域

超声波金属线束焊接机（汽车线束焊接机）为多股导线压接焊的专用设备，它能可靠便捷地将多股导线截面各在0.5－30MM进行焊接，广泛应用于汽车线束、继电器、电器接插件及其他电子、电器、锂电池极片、电介电容、晶体管、电器接线端子、热电偶、可控硅元件、制冷器等产品生产。常运用于汽车、电子、电器、电池、电机等行业1。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学