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超声波焊接系统及其工作原理

超声波焊接系统及其工作原理
超声波焊接系统如图16-17所示
超声波焊接系统
由上声极传输的弹性振动能是经过一系列的能量及传递环节产生的。其中,超声波发生器是一个变频装置,它将工频电流转变为超声波频率(15~60kHz)的振荡电流。换能器则利用逆压电效应将电能转换成弹性机械振动能。传振杆,聚能器用来放大振幅,并通过耦合杆,上声极传递到焊件。换能器,传振杆,聚能器,耦合杆及上声极构成一个整体,称为声学系统。声学系统中各个组元的自振频率将按同一个频率来设计。当发生器的振荡电流频率与声学系统的自振频率一致时,系统即产生谐振(共振)并向焊件输出弹性振动能。
常用的超声波焊接方法可分为点焊、环焊、缝焊及线焊。
1.点焊
根据上声极的振动状况可将点焊时的振动分为纵向振动系统(轻型结构)、弯曲振动系统(重型结构)以及介于两者中间的轻型弯曲振动,如图16-18所示。
超声波点焊的振动类型
轻型接哦古用于功率小于500W的小功率焊机。重型结构适用于千瓦级大功率焊机。轻型弯曲振动系统适用于小功率焊机,它兼有两种振动系统的诸多优点。
2.环焊
用环焊方法可一次形成一条封闭的焊缝,采用的是扭转振动系统,如图16-19所示。
环焊时,耦合杆带动上声极作扭转振动,振幅相对于声极轴线呈对称分布,轴心区振幅为零,边缘部位振幅最大。显然,环焊方法最适于微电子器件的封装。有时环焊也用于要求高气密性直线焊缝的焊接以代替缝焊。
由于一次环焊的焊缝面积较大而需要较大的功率输入,因此,常采用多个换能器的反向同步驱动方式。
超声波环焊示意
3.缝焊
缝焊机的振动系统按其焊盘的振动状态可分为纵向振动、弯曲振动及扭转振动,如图16-20所示。
常见的振动形式是纵向振动,只是滚盘的尺寸收到驱动功率的限制。
缝焊可形成密封的连续焊缝,通常将焊件夹持在上下焊盘之间,在特殊情况下课采用平板式下声极。
超声波缝焊振动形式
4.线焊
线焊可视为点焊方法的一种延伸。通过线状上声极已可一次焊成长达150mm的线状焊缝,此法最适用于金属薄箔的线状风口,如图16-21所示。
超声波线焊方法示意

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