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與超聲波金屬焊接效果有關的關鍵工藝參數(shù)
在超聲波金屬焊接過程中，通過對焊接連接件的加工效果觀察，拉力測試實驗以及樣品的微觀組織分析等一系列的實驗發(fā)現(xiàn)。焊接過程中，加工工藝參數(shù)間的關系直接影響著焊接效果，其中主要的加工工藝參數(shù)有加工壓力、焊接振幅、諧振頻率、輸出功率、加工時間以及焊接能量等，其他非關鍵參數(shù)有延遲時間、冷卻時間等。
在焊接過程中，超聲波金屬焊接壓力使連接件被壓緊并實現(xiàn)相對滑動，壓力的大小直接影響著超聲發(fā)生器的輸出功率以及焊接連接件間的加工效果。超聲波金屬焊接壓力的選取需要取決于焊件的材料、厚度、層數(shù)以及加工面積等。當加工壓力值太小時，大部分的能量消耗在工具頭的上聲極與焊接件之間，使加工的焊接點不牢固，無法形成有效連接。當加工壓力太大時，工具頭會將連接件的表面給壓潰，影響焊點加工質(zhì)量，會出現(xiàn)斷裂穿孔現(xiàn)象。
超聲波金屬焊接的振幅直接影響著超聲發(fā)生器功率的輸出，振動的瞬時速率會直接影響產(chǎn)生的摩擦功大小、金屬的塑性流動性以及塑性變形情況等。與焊接壓力一樣，振幅值的選取取決于焊接連接件的材料、厚度、層數(shù)以及加工面積等多方面因素，不同焊件對于振幅參數(shù)大小的需求不同。
諧振頻率是由超聲振子的特性以及加工過程中負載的變化所共同決定，它是最直接影響到電源的能量輸出效果，所以在加工過程中諧振頻率的實時跟蹤準確性是決定超聲波金屬焊接電源品質(zhì)的一個關鍵指標之一。由于超聲振子的特性影響，在一定的諧振頻率范圍內(nèi)超聲振子的振動效果是最好的，當有負載變化時頻率也會隨之變化。在大量的加工實驗中發(fā)現(xiàn)，超聲波金屬焊接的諧振頻率范圍區(qū)間很大，存在于16~80KHz之間。
能量是由超聲電源輸出的功率以及加工的時間所共同決定。焊接能量是影響焊接效果的一個較為易量化的工藝參數(shù)，當焊接能量小于材料所需要的能量時，會導致焊接連接件的焊點強度不足，無法緊密的連接在一起。而當輸入的能量大于材料所需的能量時，焊件會出現(xiàn)焊穿或焊裂等現(xiàn)象。
超聲金屬焊接過程中，由于實際加工的時間非常短暫，這使得對于超聲電源的性能有很高的要求。其中，延遲時間的作用就是減少焊接機空載時輸出的能量，其定義的是加工過程工具頭開始下降到接觸焊接件的這一段時間。通過這一參數(shù)的設置，可以減少電源空載的工作時間，進而避免了不必要的能量消耗。
在加工結(jié)束后，若直接抬起工具頭會導致焊點的位置與工具頭發(fā)生粘連，進而拉扯到連接部位，最終影響連接效果。因此，在研制超聲波金屬焊接機時，添加冷卻時間的功能，可以使加工結(jié)束后完畢后，工具頭繼續(xù)保壓焊件一段時間，避免了焊件拉扯現(xiàn)象是連接部位受到損壞。
