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铜铝超声波焊接
以往的焊接方法,对铜—铝不同材质进行焊接有一定的难度,如果使用超声波焊接法,即可得到满意的焊接效率,又能得到良好的焊接区,从而提高零件生产的实用性。对铜—铝不同材质的焊接头,若使用以前的热能熔焊法进行焊接,则因铝材坚固的氧化层、两金属熔点不同、两金属高的导热系数以及两金属熔合而形成的脆弱等原因,生成了在机械和电气方面均不稳定的金属间化合物,从而影响了焊接接头的可靠性。对于半导体散热器等可靠性要求高的接缝,以往是将其它金属电镀到铝制散热器上之后用钎焊进行接合。使用这种方法需多道工序,且成本高,又存在环境问题。对铜—铝不同材质零件的接合,若使用超声波能量,就不会产生脆弱的金属间化合物,在机械和电气方面都可得到高质量的焊接区,且不需中间工序。
金属用超声波焊接机是1960年开发的,此后,技术快速的发展使之成为实用的焊接机。用半导体控制电源传输信号的高频电能,经换能器转换成机械振动。这种振动是通过增强器和超声波工具放大后被传递到加工部位的。基本频率按其用途有20000Hz和40000Hz两种,频率的选择是根据所需的输出、振动的振幅以及喇叭形尺寸决定的。超声波焊接的参数包括振动的振幅,施加的压力以及加工时间。加工时间必须由高精度的电子控制,但是近几年引进的能量监视统,可对必要的输出和加工时间进行自动控制。
超声波焊接原理
在加压力的状态下,按所定时间对焊接部位施予振动。这样接合面的氧化膜以及污物首先被擦净,其结果使洁净的母材面密贴,原子渗透其表面发生扩散而完成金属间的结合。整个焊接过程的时间大约为250mm/s。接合面的摩擦热使金属温度升高至母材熔点的1/3,但熔点及热传导并不是超声波焊接过程的因素。这一点在铜—铝不同材料的焊接时是极为重要的,它不会在接合面产生金属间化合物及脆弱的合金。近几年来,铜—铝不同材质焊接的超声波焊接法的应用已得到了发展。
