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銅-鋁異種金屬超聲波焊接

2022-01-17 16:11
隨著航空航天，汽車制造，電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，銅與鋁異種金屬的復(fù)合構(gòu)件得到了越來越廣泛的應(yīng)用。銅-鋁異種金屬焊接的相關(guān)研究集中在釬焊、激光焊、攪拌摩擦焊、超聲波焊接等。

超聲波焊接(Ultrasonicwelding)是一種固態(tài)焊接技術(shù)，它是通過超聲波的高頻振動(dòng)，在靜壓力的作用下，將超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為待焊工件之間的變形功與摩擦熱，從而使工件進(jìn)行可靠連接的一種焊接方法。與其他焊接工藝相比，其焊接時(shí)間短、能量輸入少、工件薄等優(yōu)點(diǎn)使該焊接工藝更加高效，從而可以節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。這些特點(diǎn)使得該技術(shù)適用于銅箔-鋁箔異種金屬的焊接。
超聲波焊接可以分為如下幾個(gè)過程:初始接觸過程，摩擦產(chǎn)熱過程，焊接軟化過程，固相結(jié)合過程與過焊過程。

1)初始接觸過程:超聲波焊接過程的初始階段，在焊接壓力的作用下，兩個(gè)待焊工件形成緊密接觸，之后由于上聲極的超聲振動(dòng)使得聲極與上焊件之間產(chǎn)生一定的摩擦熱而造成短暫的連接，從而將超聲振動(dòng)傳遞到待焊工件的接觸面。

2)摩擦產(chǎn)熱過程:超聲波焊接過程中，由超聲振動(dòng)引起的待焊工件之間的相對(duì)摩擦是由初期個(gè)別凸點(diǎn)之間的摩擦逐漸擴(kuò)大到面摩擦，在此期間，金屬表面氧化膜等雜質(zhì)被破碎并分散到材料內(nèi)部。

3)焊接軟化過程:銅-鋁超聲波焊接結(jié)合界面在超聲振動(dòng)的往復(fù)摩擦過程中，待焊工件接觸界面溫度迅速升高，產(chǎn)生大量塑性變形，熱力作用不斷加劇，導(dǎo)致箔材產(chǎn)生一定程度的軟化。待焊工件之間的相對(duì)位移急劇增加，上焊件焊接外部區(qū)域向上翹起。由于摩擦產(chǎn)熱導(dǎo)致的材料軟化與大量塑性變形使得焊接界面部分區(qū)域產(chǎn)生連接。

4)固相結(jié)合過程:隨著摩擦的不斷進(jìn)行，待焊工件表面的氧化膜去除后，焊接界面微觀接觸面積不斷增大。該過程焊接工件的相對(duì)位移較小，焊接界面連接區(qū)域表現(xiàn)出強(qiáng)烈的波動(dòng)。在焊接靜壓力與超聲振動(dòng)的共同作用下，焊接界面結(jié)合點(diǎn)與結(jié)合面積逐漸增加。當(dāng)銅-鋁之間的結(jié)合力超過振動(dòng)切向力時(shí)，便能形成牢固的接頭。固相連接過程后期階段，焊接界面連接區(qū)域的波動(dòng)基本消失，結(jié)合區(qū)域比較平靜。

銅箔-鋁箔超聲波焊接中焊接壓力、焊接振幅、焊接時(shí)間對(duì)接頭性能影響很大，這三個(gè)參數(shù)過大或過小都會(huì)使焊接接頭強(qiáng)度降低，因此在焊接過程中要注意尋找合適的工藝參數(shù)。