超声波焊接范文

时间:2023-03-15 14:02:56

超声波焊接

超声波焊接范文第1篇

关键词:超声波 焊接 研究现状

0 引言

1950年美国人发明了超声波焊接技术,该技术作为特种连接技术,在工业生产中得到广泛应用。另外,超声波焊接技术还广泛应用于电子工业、电器制造、新材料的装备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术等方面。超声波焊接的优点主要表现为:节能、环保、操作方便,这种技术对我国建设资源节约型、环境友好型的社会起着很大的促进作用。

1 超声波焊接原理及特点[1]

超声波焊接作为一种特殊焊接方法,通常情况下是指利用超声波频率(大于16KHZ)的机械振动能量,将同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等进行连接。通过超声波对金属进行焊接时,一方面不需要向工件输送电流,另一方面没有将高温热源引入工件,在焊接过程中,在静压力的作用下,将弹性震动能量转变为工件间的摩擦功、形变能,以及有限的温升等。在母材不发生熔化的情况下,实现接头间的冶金结合,因此,超声波焊接属于固态焊接。

工频电流在超声波发生器的作用下,进一步转变为超声波频率(15~16KHZ)d的振荡电流。通过磁致收缩效应,换能器将电磁能转换成弹性机械振动能。放大器的作用是对振幅进行放大,同时借助耦合杆和上声极与并工件进行耦合。如果换能器、放大器、耦合杆和上声极的自振频率相互一致,在这种情况下,系统将会产生谐振,从而将弹性振动能传递给静压力F的工件。两种薄材工件通过此种能量之间的转换被粘接在一起。

2 国内研究现状

2.1 超声波金属焊接的研究现状

崔岩[2]研究超声波焊在坦克铝件焊修中的应用,对铝及铝合金的焊接性进行了详尽的分析,认为保证焊点质量稳定的重要因素是谐振频率的精度。在超声波焊接过程中,由于机械负荷是多变的,失谐现象会随机出现,进而使得焊点质量不稳定。根据超声波焊的特点,制订相应的焊接规范。大量实验证明:通过超声波对铝及铝合金进行焊接,金属表面致密的氧化膜可以有效地去除,进而保证了焊接质量。

华南理工大学杨圣文等人[3]推导了铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接接头区域理论区域温度公式,并利用人工热电偶法测得焊接区域温度,分析了实测温度偏差产生的原因,结合焊接接头的扫描电镜(SEW)图片进行对比分析,研究了铜片-铜管超声波焊接接头的形成机理。结果表明:超声波焊接是基于接头区域微齿顶端处高温、纯净金属发生塑性变形后表面充分贴合两个因素基础上的金属键合和机械嵌合而形成接头的物理冶金过程。

南京航空航天大学机电学院的张秋峰[4]研究了1Cr18Ni9Ti与TC4异种金属的固态扩散焊接工艺,在现有的基础上采用超声波加载固态扩散焊的工艺。金相试验分析结果表明:采用超声波加载扩散焊接工艺,使不锈钢和钛形成了良好的连接。

哈尔滨工业大学的闫久春、孙小磊[5]等,在敞开环境下研究了一种适合复杂结构,并且能够进行可靠连接的“超声波振动辅助钎焊技术”原理,同时对铝基复合材料、铝合金、陶瓷/铝、玻璃/铝焊接的初步试验结果进行了描述。焊接结果表明:在钎焊过程中,通过施加适当的超声波振动,母材表面氧化膜可以有效地去除,进一步促进了母材与钎料的润湿。在低温、大气环境下,获得了具备微观组织结构和力学性能良好的连接接头。

南昌大学的朱政强等人[6]用电子背散射衍射(EBSD)方法来研究超声波焊接下铝合金AA6061的微观组织变化,从微观角度里加深对超声波金属焊接的理解。通过实验,得到原始铝箔和焊接后铝箔的品粒取向差分布图。通过分析品粒取向、晶粒结构和晶界特征了解超声波焊接对铝合金组织和结构的影响。

2.2 超声波非金属焊接的研究现状

郭毓峰[7]对12μm聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)/30μm聚乙烯(PE)薄膜超声波焊接工艺进行了研究,发现焊接振幅在2-10μm,对焊接接头热合强度的影响不大;在焊接振幅4-7μm出现了焊接接头的热合强度最大值。焊接接头的热合强度随着焊接时间的延长和焊接压力的增大表现出先增大后减小的变化规律。通过对不同工艺参数下焊接区域的结晶程度进行分析,其结果显示,接头的结晶程度影响着PET/PE薄膜焊接接头热合强度,焊接区域试样的结晶程度随着焊接时间、焊接振幅、焊接压力增加先减小后增大,焊接接头的热合强度先升高后降低。

赵钢[8]等人研究超声波焊接在汽车传感器封装中的应用。讲述了通过对材料、焊接方法的选择和焊口及工装设计与制造过程设计,来实现汽车传感器封装的方法。

赵仕彬[9]研究了超声波焊接在连接器中的应用。简明扼要地介绍了超声波焊接的原理,结合面的设计方法、设计要点,以及在连接器中的具体应用和使用范围。

西北工业大学的聂中明[10]研究了高电阻CdZnTe半导体(简称CZT)接触电极与引线的超声波焊接。认为:CZT晶片经机械抛光表面处理后,通过离子溅射法制备的金电极与外引线间具有较高的超声波焊合率,能获得最佳焊点质量的电极厚度为180nm。此外,确定CZT接触电极制备工艺后,楔入压力成为影响CZT接触电极与引线超声波焊接质量的主要因素,焊接功率则为次要因素。

3 总结

目前,对超声波金属的焊接机理认识不足,超声金属焊接作为一种固相焊接方法,或者说是金属间的“键合”过程,在焊接过程中,是否无金属熔化还有待进一步研究。还有在材料焊接中应用超声波,虽然焊接效果比较好,但是对于由超声波发生器、声学系统与机械系统相结合的整个系统来说,在稳定性、可操作性、可靠性等方面依然存在问题,所以声学系统的设计,以及声学系统与试件之间的连接方式等都非常重要。另外,从微观力学的角度研究超声波振动对晶粒和织构的影响也是未来研究的重要方向。

参考文献:

[1]李小明,李彦生,韩景芸.基于超声波焊接技术的快速成型方法研究[J].机床与液压,2007,35(3):4-6.

[2]崔岩.超声波焊在坦克铝件维修中的应用[J].工业技术经济,2000,19(3):114-116.

[3]杨圣文,吴泽群,陈平池.铜片-铜管太阳能集热板超声波焊接试验研究[J].焊接,2005(9):32-35.

[4]张秋峰.钛与不锈钢的超声波扩散焊接[J].机械工程与自动化,2008(1):125-127.

[5]闫久春,孙小磊.超声波振动辅助钎焊技术[J].焊接,2009(3):6-12.

[6]朱政强,马国红,E.Ghassemieh.铝合金AA6061超声波焊接下组织演变分析[A].第七届中国机器人焊接学术与技术交流会议文集[C],2008:107-110.

[7]郭毓峰.聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯薄膜的超声波焊接[J].宇航材料工艺,2010(4):53-55.

[8]赵钢,曹智,董双辉.超声波焊接在汽车传感器封装中的应用[J].沈阳航空工业学院学报,2007(4):25-28.

[9]赵仕彬.超声波焊接在连接器中的应用[J].机电元件,2006(4):36-39.

超声波焊接范文第2篇

[关键词]超声波焊接;光学防抖;激光焊接;手机模块

中图分类号:TG4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)02-0000-01

Ultrasonic plastic welding applications in optical anti shake system

Li Chang Yi

(Dongguan Nancheng Xinkecidian Products Co Ltd Guangdong Dongguan Nancheng District Hongyuan Industrial Zone Xinkecidian products factory 523087)

[Abstract]Ultrasonic welding is now used in industry more and more widely,this paper introduces the principle of ultrasonic welding,and combined with concrete examples,study the application of ultrasonic welding system in optical anti shake.

[Key words]Ultrasonic welding;Optical anti shake; Laser welding,phone module

1 前言

超声波焊接是一种快捷,干净,有效的装配工艺,用来装配处理热塑性塑料配件的方法。目前超声波焊接被运用在塑胶制品与之间的粘结,塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结。它已经取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺,例如用502胶水,成为一种先进的装配技术。超声波熔接不但有连接装配功能,而且具有防潮、防水的密封效果。超声波焊接的优点:1.超声波熔接不会产生如化学药剂之毒性,属于安全的熔接加工,符合节能环保;2.无需装备散烟散热的通风装置 3.不消耗大量热源,成本低,效率高 4.容易实现自动化生产5.无须添加任何粘剂,操作简单快捷,焊接速度快,焊接强度高,粘接牢固6.焊点美观,产品表面无伤痕,可实现无缝焊接,焊接效果好,防潮防水,气密性好。

2. 超声波焊接的原理

2.1 超声波焊接装置

超声波是与频率(声音的振动)有关,是超出人的听觉以外的,高频振动,是超出人类听觉范围(20HZ-20000HZ)的音波。超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能,供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能,调压装置负责传输转变后的机械能至超声波熔接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置。振动通过焊接工作件把振动频率传给塑胶组件,通过20000次/秒的高频振动,高速热磨擦产生热能使塑胶和金属熔融而结合, 振动会在熔融状态物质到达其介面时停止,短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键,整个周期通常是不到一秒钟便完成,但是其焊接强度却接近是一块连着的材料。

从超声波的工作原理我们可以知道,超声波的实际功率并不大,工作时间短,通常范围(0.05-1)秒,所以产生的热量有限,所以一般只适用于一些熔点较低(400℃ 以下)的材料,主要以热塑性的聚合物即塑料为主。超声波焊接材料的改性会影响超声波焊接质量,纤维等填料的加入能够提高高分子材料的硬度,有利于超声波的传递,在适宜的工艺条件下填料加入可以提高超声波焊接接头强度。

2.2 影响超声波熔接的能量的因素

影响超声波熔接的能量的因素如下:

* 1.气压 我们可以通过调压阀来调整,一般来说气压越大,能量越大;

* 2.下降速度 超声波熔接机上有相应的旋钮,一般来说,下降速度越大,能量越大

* 3.频率 超声波熔接机器都有固定的频率,频率越大,能量越大;

* 4.振幅 振幅的变化因素比较多,就一般来说,振幅的调整可以通过调幅器和焊头的设计来达到;

* 5.时间 我们可以调整焊接机的焊接时间,时间越长,焊接的能量越大;

* 6.保压时间 保压时间是在塑料熔化之后的保持气压的时间,时间越长,形成的焊点越稳定,变形越小;

2.3 焊接过程

如下图1所示,振动能量从焊头传递到工件,工件之间的摩擦产生的热量将工件熔接面熔化,从而焊接成一体。

2.4 焊接原理

超声波从焊头放出,超声波从焊头传送塑胶件,超声波传送到熔接面,分子之间因摩擦生热,熔接塑胶件。

2.5 焊接头的原理

焊接头其实是一件半波长的金属,使其传递超声波时,产生共振,将振动能量传递到工件上。焊接头的材料:钛合金,铝合金,合金钢。

2.6 超声波焊接机的工作原理图

电源主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频(例如20KHZ)的高压电波。

换能器(TRANSDUCER):电流经过换能器,令换能器内产生电磁振荡,再经过压电陶瓷片,令压电陶瓷片产生振动,振动经过金属头,传到调幅器。换能器主要作用是将电信号转换成机械振动信号。

调幅器(Booster)主要作用是放大振幅并耦合负载,将换能器传递过来的振幅进行放大,达到加工塑料件所需能量振幅,相当于加热的温度。

焊头(HORN):焊头的作用是对于特定的塑料件制作,符合塑料件的形状、加工范围等要求。

3. 光学防抖

3.1 光学防抖原理

光学防抖是过镜头的浮动透镜来纠正“光轴偏移”。其原理是通过镜头内的陀螺仪侦测到微小的移动,然后将信号传至微处理器,处理器立即计算需要补偿的位移量,然后通过补偿镜片组,根据镜头的抖动方向及位移量加以补偿,从而有效地克服因相机的振动产生的影像模糊。

3.2 Module的结构

现在在很多手机里面具备光学防抖功能,在防抖系统里面的Module结构需要用到超声波塑料焊接技术。

现在从超声波焊接和激光焊接的效果对比,看哪一种焊接更适合塑料和金属的焊接。

手机Module的结构组成:

现在我们要求是把B-spring和Bottom焊接在一起。B-spring是0.05mm后的铜片,要通过Bottom上的PIN固定到Bottom上,示意图如下:

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。

从上图可以看出,效果不明显,PIN已经烧焦了,影响外观和产品性能,因此激光焊接在这种焊接不可行。因此我们采用超声波焊接。

我们从设计开始:

具体尺寸

Total Boss height=CMT+1.38X

Boss Dia=X

CMT==Spring=0.05MM

X=0.25mm

Finished Height=0.375X=0.375X0.25=0.09MM

Finished Diameter=2X=0.5MM

Total Boss Height= CMT+1.38X=0.40mm.

用超声波焊接的效果很好,形状达到要求,没有变形,而且可以压紧弹片。

4. 结束语:

通过对比超声波焊接和激光焊接的效果,得出超声波更适合应用在塑胶和金属的焊接,解决了弹片与塑胶件装配的难题。

超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术,各种热塑性胶件均可使用超熔接处理,而不需加溶剂,粘接剂或其它辅助品。其优点是增加多倍生产率,降低成本,提高产品质量及安全生产。超声波焊接以其独有的优点,越来越受到焊接工业的喜爱。超声波焊接可以应用于塑料和金属的焊接,尤其是现在的塑料制品,大多采用超声波焊接,可以省去螺钉结构,让外观很完美,而且还有防水防尘的功能。随着超声波焊接研究的逐步深入,相信在不久的将来,将得到更充分的应用.

参考文献

[1]陈祝年.焊接工程师手册(第2版) 机械工业出版社2010-02-02.

[2]席细平,马重芳,王伟.超声波技术应用现状[J].山西化工,2007,27(1):25-29.

[3]范百刚. 超声原理与应用[M].南京:江苏科学技术出版社,1984.

[4]李少先;热塑性塑料的超声波焊接[J];塑料工业;1981年03期.

[5]ANSYS优化和设计在超声波焊接工装上的应用.2009-07-31.

[6]Patrick M. Cunningham, “Use of the Finite Element Method in Ultrasonic Applications”, Computer Aided Engineering Associates, Ultrasonic Industry Association Symposium June 2000.

作者简介

超声波焊接范文第3篇

关键词:小径管对接焊;超声波;探伤;缺陷波;声能损失

中图分类号: P755.1 文献标识码: A 文章编号:

引言:超声波小径管探伤具有非常明显的优越性,首先,超专用波检验对裂纹,未熔合等面积性缺陷比射线检验灵敏高度; 其次,超声波检验对裂纹、未熔合等面积性缺陷比射线检验灵敏度高; 还有,超声波检验不需要进行环境及自身防护,检验时对环境要求不高;第三 , 超声波检验费用低,劳动生产率高。所以,在实际生产中,小径管超声波探伤技术得到了空前的应用,取得了很好的效果,为保证安装、检修质量及工期起到了不可估量的作用。由于小径管焊接接头具有管壁较薄、曲率半径大、规格多等特点 , 超声波检验时存在诸多困难及需要注意的问题。 实践证明 ,小径管焊接接头的超声波探伤检验是代替射线检验的最佳方法 , 它具有检验周期短、成本低、劳动生产率高等优点。只要在实际探伤工作中注意小径管焊接接头超声波探伤的特有问题 ,根据工件实际情况选好探头,正确调节整扫描速度,是完全能够准确快捷地检验小径管焊接接头的焊接质量,保证电力生产的安全。另外,从现检验仪器的发展来看,若有小径管探伤时使数字式超声波探伤仪器,由于数字式探伤仪具有定位准确等特点,能使检验结果更加准确可靠。

1. 小径管对接焊缝超声波探伤的特点

1.1小径管焊缝宽 ,当壁厚较薄时 ,焊缝宽度往往大于管壁厚度。用1、2次波探伤时要选择大的探头入射角 ,而用2、3次波探伤时要选择小的探头入射角,且扫描比例扩大,超声波形拉宽 ,这样易发生近场区干扰 ,给缺陷定性、定量带来了相当大的困难 。

1.2管壁曲率大,声能传输损失大,探头通过曲率大的圆弧面接触。由于曲率大接触不良对定量有影响 ,且声波入射到管壁外表面为凸面,使声束发散。在2、3次波探伤中,声束传输路径更复杂,经过多次发散、聚集,声压反射异于常规,声压计算也相当困难 ,降低了探伤灵敏度 。因此 ,小径管超声波探伤应提高探伤灵敏度进行,以补偿曲率大、声能发散及藕合不良的影响。

1.3焊缝焊波高度、焊瘤尺寸与管壁厚度为同一数量级 ,在较高灵敏度探伤时杂波多 ,这样给缺陷波的识别增加难度 ,需要操作人员熟练掌握焊缝 中各种缺陷反射波的静 、动态波形 ,准确测量焊缝处管壁厚度 ,以准确区分缺陷波与杂波的特点 ,以免发生误判 。

2. 缺陷的识别与判定

2.1一次波探伤缺陷波的识别

当采用一次波探伤时主要观察仪器荧屏上一次波标记点前面出现 的反射波 ,因为声波束扫过焊缝下半部 ,如果有反射则一般为缺陷反射,除盲区杂波外 。其次是位于一次波最大深度标记点上焊缝根部的反射波,当焊缝不存在错 口时,要确定反射波对应的反射点的位置,如果反射点 位于焊缝中心点或探头侧,则判为缺陷。小径管对接焊缝中大多数危害性缺陷如裂纹、未熔合和未焊透等都产生在焊缝根部,根部缺陷的判定与识别非常重要但根部缺陷的识别、判定比较困难,主要是小径管壁厚变化很大,有些管子壁厚与公称尺寸相差达0.5mm左右 ,使根部及靠近根部的缺陷反射波与错边 、焊瘤等产生的干扰波(杂波不易区分)。

当发现焊缝根部出现一定高度的反射波时 ,应对该处焊缝两侧的壁厚进行准确测定 ,仪器的扫描速度要准确调整 ,以准确定位 ,并根据探头所在位置对反射波形进行认真分析。缺陷波的位置出现在一次波最大深 度标记点处或以前,对应的反射于焊缝中心或探头侧,且波形后沿陡直 ,波形清晰明亮。

2.2二次波探伤缺陷波的识别

当采用二次波探伤时,在一次波标记点和二次波标记点之间出现的反射波 ,可能为缺陷波,也可能为杂波 ,在这个区域之前或之后出现的反射波则为非缺陷波 。缺陷波可用下述方法来判断。

如果二次波声束在内壁上的转折点位于焊缝区外,反射点位于焊缝中,则该反射波判为缺陷波;如果二次波声束在内壁上的转折点在焊缝区内,则该反射波不能作为判伤的依据 ,应结合位置,波形等其它情况综合判断。

3. 小径管对接焊缝超声波探伤应注意的问题

3. 1 探头的选用

小径管对接焊缝探伤时,应尽可能选择较大角度的探头,使声束能扫查到整个焊缝断面,但当探头角度较大时,声束易扩散,易产生变形波, 干扰对缺陷的正确判定。另外, 要求一次波的主声束至少应扫查到焊缝下部占壁厚1/ 4 的范围,因此要求探头有一定的移动区域。为满足这一要求,除增大声束入射角外, 还应 缩短探头声束入射点至探头前沿的距离。因此,选用大K值,短前沿的探头是进行准确探伤的前提条件。

3. 2 探伤灵敏度的调整

由于小径管对接焊缝是利用一次波和二次波进行探伤,因此一次波和二次波探伤灵敏度的调整很重要。根据DL/ T5048- 95 中的小径管焊接接头探伤距离-波幅曲线进行检测时,由于反射杂波较多, , 因此需对探伤灵敏度重新进行调整。

在超声波探伤中 , 探伤灵敏度调整的准确性 , 直接影响到对缺陷的定位准确以及对缺陷的判断。对于壁厚较大的焊缝 , 探伤灵敏度调整有少许误差可能影响还不是很明显,但对于小径管来说,由于其壁厚较薄 , 影响就相当对来说要大得多。一般来说 ,在小径管探伤时,我们调整仪器的探伤灵敏度是在小径管焊接接头超声波探伤专用试块上进行,使对比试块Ⅰ上深度5mm∮2横孔反射波达60%,然后在提高6dB作为探伤灵敏度。另一种是利用对比试块Ⅱ来调整,前后移动探头,利用一、二、三次波探测试块上竖孔∮2,找到三者最高回波,在连成一条∮2竖孔距离----波幅曲线。然后以∮2-ΔdB 作为探伤灵敏度。

3.3 声能损失问题

在超声波检验中 , 若不对声能损失进行补偿 ,那么缺陷的回波高度必然要小于实际的回波高度 ,容易在检验中引起漏检或误判。小径管焊接接头超声波探伤时,不仅要考虑声波的耦合损失,还要考虑到由于小径管的特点而引起界面扩散损失。由超声波的传播特点知道,当超声波入射到凸界面时,声束扩散;而在凹界面反射时,声束也是扩散的,扩散程度随界面的率半径增加而增加。在小径管焊接接头超声波探伤时 , 声波要经过入射到凸界面而进入工件,当使用一、二次反射波探伤时声波又要在凹界面进行反射,加上小径管的曲率半径都较大,所以声能的扩散损失较大,引起回波大幅降低。所以在实际工作中 , 应充分考虑到这一点,必要时应采用DL/T5048 - 95 附录H的方法进行小径管内、外壁声能损失测量,再在实际探伤时加以补偿。

另外,由于小径管曲率半径大,探伤面与探头的接触好坏也直接影响到声能传入工件。若探头接触面与管子外表面接触不好,缝隙较大,必然引起声能的重大损失。所以,DL/ T5048 - 95标准指出 ,若探头边缘与管子外表面间隙大于 0.11mm 时,可以通过在管子表面铺上细砂纸沿轴向轻轻研磨,使探头表面与管子的外表面紧密接触。

3. 4 焊缝根部的检测

小径管对接焊缝中,如裂纹、未熔合、未焊透等危害性缺陷大都容易产生在根部, 因此根部缺陷的检测很重要。检测过程中根部裂纹、未焊透缺陷形成端角反射,回波较强,从焊缝两侧探测,位于焊缝中心,沿焊缝方向有一定的游动范围;未熔合:一般出现在坡口面上,一般二次波探伤容易检出,位置位于探头一侧,另一侧难检出;气孔:气孔可出现在焊缝任何位置,气孔回波幅度较低。

据以上特征可做一定的判定,但是小径管由于壁厚变化较大, 管子实际壁厚与公称壁厚有一定差距,所以根部的缺陷及近根部的缺陷回波与错口、焊瘤等干扰波区分困难,因此对根部的反射波一定要认真分 析,准确判定,防止误判和漏判。

4. 结束语

实践证明 ,小径管焊接接头的超声波探伤检验是代替射线检验的最佳方法 , 它具有检验周期短、成本低、劳动生产率高等优点。只要在实际探伤工作中注意小径管焊接接头超声波探伤的特有问题 ,根据工件实际情况选好探头,正确调节整扫描速度,是完全能够准确快捷地检验小径管焊接接头的焊接质量,保证电力生产的安全。另外,从现检验仪器的发展来看,若有小径管探伤时使数字式超声波探伤仪器,由于数字式探伤仪具有定位准确等特点,能使检验结果更加准确可靠。

参考文献

[1]周林.电厂小径管焊口质量的现场射线检验经验[J].无损探伤,2004,28(6):43-44.

[2]白佑平.小径管超声波探伤时探头K值选择的探讨[J].河北电力技术,2001,4(20):39-40.

[3]张军.探讨超声波对小径管焊缝的检测[J].金属加工,2009,14:65-66.

[4]王志国.T91钢小径管对接焊口的超声波检测[J].无损检测,2007,29(10):611-612.

超声波焊接范文第4篇

关键词:超声波焊接;镍;铝;显微组织

引言

随着有色金属应用的日益广泛,其连接技术也随之备受关注。工业纯镍具有优异的耐腐蚀性,在工业生产中,纯镍主要用来制造不锈钢以及其他抗腐蚀合金,也用来做加氢催化剂以及陶瓷产品、电子线路、玻璃着绿色和制备Ni的化合物等。所以,优化纯镍材料的焊接工艺、控制焊接缺陷是保证设备制造质量的关键环节。纯镍的液态凝固过程没有相变,非常容易生成低熔点的共晶体,出现热裂纹等缺陷;在传统焊接过程中,焊接快速冷却凝固过程极易出现裂纹、气孔以及晶粒粗大等缺陷,严重影响焊接接头的耐腐蚀性能与机械性能。铝的密度小、延展性好,耐蚀、导热以及导电等性能优良,而且在很低的温度下依然能够得到满意的力学性能,在化工、机械、交通、建筑、航空航天、日常生产生活等领域得到了广泛的普及。铝极易形成致密的Al2O3氧化膜,吸附水分,在传统焊接过程中易造成焊缝夹杂与气孔。这些都是焊接生产中颇感困难的问题。总的来说,国内外常采用传统的焊接方法(如MIG、TIG等)对此类金属进行焊接,但所焊接的接头强度不够,且焊缝容易产生气体、夹渣、裂纹等缺陷,同时被焊金属表面状态对焊接质量影响大。焊缝中容易出现焊接变形和气孔,残余应力较大,且对应力腐蚀敏感,不能充分发挥材料的性能。因此,探索新的焊接方法在镍、铝构件材料中的运用,是非常必要和非常迫切的。

1 超声波焊接原理

1.1 焊接原理

超声波焊接的基本原理如图1所示,超声波发生器是一个变频装置,将工频电流变成超声波频率(15~60kHz)的振荡电流,经过换能器向焊件输出弹性机械振动。焊接时,待焊工件被上、下声极压紧,在弹性机械振动的作用下,经过摩擦、升温以及变形,使表面附着物破坏、碎化,使界面间金属原子无限接近,形成牢固的焊接接头。待焊金属工件焊接时,伴随着接触面的物理冶金过程,原子之间出现了结合与扩散现象,焊接过程中没有电流经过焊件,是一种特殊焊接过程,具有摩擦焊、扩散焊的某些特征。

1.2 接头形成过程

超声波焊接过程中,上声极把超声波的弹性机械振动传送给工件接触界面,在静压力作用下,发生相对摩擦。随着摩擦面的扩大,氧化膜和其他表明附着物不断受到排挤、碎化与分散。接触面温度升高,焊件的变形抗力下降。在弹性机械振动与静压力的共同作用下,接触表面持续塑性流动,被碎化的氧化膜不断分解,深入工件内部,使纯净界面间的金属原子无限接近直至能发生引力作用,表面晶体能和扩散过程导致了再结晶现象。摩擦过程的进行使微观接触面积增大,发生严重的塑性变形,此时焊接区域能发现涡流状的塑形流动层,出现工件表面的机械咬合。当焊件的结合力超过上声极和上工件表面的结合力,在振动切变力作用下,上声极与上工件很容易分离,焊件之间形成牢固接头。

1.3 材料的焊接性

焊接性是指材料在焊接工艺下能够形成可靠接头同时能够正常使用的能力。金属材料的焊接性主要由材料硬度和晶格结构决定。超声波焊接对于面心立方晶格结构的金属比较适用,如Cu、Au、Ag、Ni、Pt等;对于六方晶格结构的金属,如Mg、Ti、Zn、Zr等,可焊程度受限。原理上说,金属硬度增加会导致焊接性降低。不适合超声波焊接的金属通过一些方式可以有效改善焊接性,如预热、插入其他金属箔、涂上金属涂层等。

2 实验方案

2.1 实验材料

本研究的待焊材料是0.2mm厚的镍N4薄片和0.2mm厚的铝1060薄片。主要成分如下:

其中,镍N4是具有铁磁性的银白色金属,质坚硬,能够高度磨光和抗腐蚀,具有良好的机械强度和延展性,密度为8.902g/cm3,熔点1726K。主要用来制造不锈钢等抗腐蚀合金,也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、电子线路、玻璃着绿色和镍化合物制备等。铝1060含铝量达到99.60%以上,属于工业纯铝。该种铝生产过程单一,技术成熟,成本低廉,有良好的延伸性和抗拉强度,易承受各种压力加工和引伸、弯曲。铝在空气中易被氧化形成一层致密的Al2O3氧化膜,因而耐蚀性好。实验材料预处理过程如下:(1)按规格120×40×0.2mm裁剪N4和1060薄片;(2)用酒精对两种金属试样的表面进行清理。

2.2 实验设备

超声波焊接实验设备是NC-2032型超声波金属点焊机。点焊机的主要构成部分有超声波发生器、电气控制箱、焊头和气动部分。在超声波金属焊接过程中,振动频率和振幅固定不变,焊接时间和焊接压力可以进行调整。该超声波金属点焊机的技术规格如表3所示。

2.3 实验方法

本实验采取同向搭接的方式进行镍/铝超声波焊接,以便制作焊接试样金相。

焊接中,将待焊工件夹持在上声极和下声极之间,保持工件与上下声极贴合在一起,并施加一定的焊接压力进行焊接,从而实现镍/铝的连接。

(1)接通电源:单相AC220V,50Hz电源;(2)接通气源:空压源压力范围0.2~0.6MPa,通过气源调节阀调节压力大小;(3)打开发生器电源,电源指示灯亮;(4)设定焊接压力、焊接时间和焊接延时时间,开始焊接;(5)根据焊接牢固程度调整参数,进行焊接。

3 微观组织分析

3.1 接头组织特征

(1)机械嵌合:焊接工件的接触界面发生明显的塑性流动以及犬牙交错的机械嵌合,有利于焊件接头强度的提高。(2)金属间的物理冶金:超声波金属焊接过程可能存在再结晶、扩散、相变和金属间化合物形成等一系列的物理冶金现象。至今为止,这一类的研究不多,缺少实验支撑,而且短时间焊接的情况下接头中不一定出现上述变化照样可以形成接头。(3)金属原子间的键合:接头中,焊接界面出现的大量被歪扭的晶粒的尺寸与母材金属的晶粒并没有显著差异,焊件依靠金属原子键合连在一起。待焊材料在摩擦作用下产生变形与塑性流动,使金属表面得以接触,持续的振动和温升造成金属晶格原子激活,就可能使原子间相互作用形成金属键。(4)界面微区熔化现象:超声波焊接时,微区焊接温度无法准确测量,因此不排除出现局部熔化现象。高倍透射电子显微镜分析中观察到,在连结区微细晶粒的转角处,存在非熔化质点,这是该处金属加热熔化之后凝固的特点。也就是说,超声波焊接时界面薄层或局部发生了短时间熔化随即高速冷却的过程。

3.2 超声波焊接实验

超声波焊接过程中,采用不同的工艺参数进行焊接,需要调整的工艺参数有:焊接延时、焊接时间、焊接压力。镍/铝超声波焊接过程中,当焊接延时时间变化范围是300~500ms时,接头焊接效果没有变化,因此,可以得出结论:焊接延时在一定范围内对焊接效果几乎没有影响,故本实验统一取定焊接延时为400ms。当焊接压力是0.3MPa,焊接时间为40ms时,镍铝无法有效连接;焊接时间为50ms时,待焊工件能够有效连接;焊接时间是120ms时,焊件表面出现明显压损,开始断裂,因而也无法满足焊接要求。当焊接时间是80ms,焊接压力为0.2MPa时,接头焊接不足,不能有效连接;当焊接压力是0.4MPa,造成焊件压溃。另外,在其它极端参数下无法保证镍/铝的可靠连接,故确定可焊范围为:焊接时间50~110ms,焊接压力0.25MPa~0.35MPa,焊接延时400ms。选取表4焊接工艺参数对镍/铝实施超声波焊接,得到9组焊接参数下的试样,并对各参数下的焊件试样进行分析。

3.3 金相试样制备

(1)取样超声波焊接实验完毕后,沿所得试样焊接接头截面中间垂直剪开,取中间焊合的部分作为分析试样。

(2)镶嵌因焊件试样非常小,而且用于观察界面组织特征,所以必须进行镶嵌。镶嵌时,待温度上升至110℃时进行压力加载,保温8~12min即可。

(3)打磨将镶嵌试样依次用400#、800#、1000#、1500#、2000#的水砂纸进行打磨。砂纸粒度由粗到细,打磨过程中,用力应轻时间应短,保持试样与砂纸平行,摩擦方向与试样条形走向一致。磨光后用水清洗,以避免磨面上残存的磨料微粒与游离金属划伤试样表面。

(4)抛光在抛光机上用细绒布和金刚石研磨膏(粒度2.5μm)和对试样进行机械抛光,除去打磨后留下的划痕,将观察面抛光成接近光滑镜面。用金相显微镜观察接头显微组织并记录。

3.4 焊接工艺参数优化

本文因限于实验条件,仅将抛光得到的焊件试样用金相显微镜进行观察,分析焊接工艺参数的不同对接头界面的显微组织造成的影响。不同焊接时间下的接头焊缝微观组织,可以看出,焊接时间为50ms时,接头焊接效果非常好,焊接界面整齐,镍/铝异种金属完全结合;当焊接时间为80ms,铝上表面已经出现了压溃的现象,焊头上的凸点把铝薄片大部分压穿,焊接效果不佳;当焊接时间为110ms,焊接接头的接触界面虽然紧紧贴合在一起,但是铝片全部被焊头压穿,压损的程度更加严重,接头质量受到了严重的影响。

焊接时间对接头质量影响很大,焊接时间不够,金属表面氧化膜来不及被氧化,只形成几个凸点间的焊接,接头强度低,甚至不能有效形成接头,如在焊接压力为0.3MPa,焊接时间为40ms时,镍/铝接头无法有效连接。随着焊接时间的延长,超声波能量在两焊件之间产生充分的振动,从而使镍/铝焊接接头获得足够的能量,可以增加焊件之间的接触面积,有利于焊点强度快速增加,而且在某个焊接时间范围之间接头强度持续增加。当焊接时间超过一定的范围,焊点强度转而开始减小,这是因为焊件的热量增加过多,温度升高,塑性增强,上声极表面的微齿陷入焊件中,使焊件产生严重变形,容易使焊点发生压损,而且使焊件之间的接触面积减小,所以接头强度降低。不同焊接压力下的接头焊缝显微形貌,可以看到,焊接压力为0.25Mpa时,焊接界面出现了一大段没有焊合的区域,实际上没有形成理想的连接;焊接压力为0.3MPa时,焊接界面整齐,完全焊合,镍/铝异种金属完全结合在一起,接头焊接效果非常好;当焊接压力为0.35MPa时,铝薄片完全被上声极凸点压穿,甚至陷入了镍薄片里面,造成接头实际结合面减小,焊接效果不好,接头质量差。

根据上述分析可知,在工件位置为铝在上镍在下、焊件表面清洁的条件下,当焊接时间为50ms,焊接压力为0.3MPa,焊接延时为400ms,接头焊接效果最佳,得到了最佳的焊接接头。焊接过程中,焊接压力为0.3MPa时,焊接时间在一定范围内(50ms~100ms)会提高焊接接头强度,但焊接时间过长(超过120ms),会使焊件压溃,产生裂纹。同样地,焊接时间为80ms时,当焊接压力持续增加时,在一定范围内(0.25MPa~0.35MPa)使焊接界面的焊合率增大。但焊接压力过大(超过0.4MPa)时,镍/铝焊接接头强度不升反降。

4 结束语

在实验过程中,尝试过用腐蚀液对接头金相试样进行腐蚀。由于镍、铝的化学性质相差较大,不同的金属必须使用不同的腐蚀溶液,但腐蚀效果不明显,经过多种腐蚀溶液的尝试,均无法观察到铝的明显组织特征,在今后研究中需要找到理想的腐蚀剂进行腐蚀。实验过程中发现,当未对镍、铝进行表面清理时,镍/铝焊接不足,无法实现有效连接;在其他工艺参数不变时,清理后的焊件能够形成可靠接头。其中的具体原因也是值得探究的。影响镍/铝焊接接头微观形貌的因素可能还有工件的相对位置,焊件的厚度等,这些都有待研究。关于镍/铝超声波焊接接头的具体形成机理,限于实验条件,本文的探讨有限,但它一定是值得我们去不断研究的。随着实验条件的改善,还有待于进行深入的探究以揭示其本质机理。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第1卷焊接方法与设备)[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]王宋.超声波焊接机理及实验装置研究[D].郑州:河南理工大学,2009.

[3]王军.铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接显微试验[J].焊接技术,2009,38(3):9-12.

[4]张铱洪,马传艺,杨圣文,等.铝片-铜管太阳能集热板超声波焊接机理研究[J].焊接技术,2007,36(5):14-18.

超声波焊接范文第5篇

目前利用超声设备焊接各种塑件已相当普及, 产品包装. 切割. 铆埋 .压花 .打孔.等行业是必不可缺的设备, 于是各式各样, 各种功能的超声焊接也应运而生, 应用领域不同, 使用方法和对设备要求大不相同. 现时使用中消费者存在很大的区. 真对这些误区加一说明!

1) 焊接原理上理解误区

有相当一部分从事多年超声焊接方面的人员. 对超声能量地传递有一种误解, 认为是音波在接触面进行焊接, 其实这是一种误解, 真正的焊接原理是: 换能器把电能转换为机械后, 通过工件物质分子进行传导, 声波在固体中地传导声阻远小于在空气中的声阻, 当声波通过工件接缝时, 缝隙中的声阻大, 产生的热能相当就大. 温度首先达到工件的容点, 再加上一定的压力, 使接缝熔接. 而工件的其它部分由于热阻小, 温度低不会熔接. 其原理同电工学中的欧姆定律类似.

2) 工件材料误区:

超声焊接机对要焊接的工件材质也是有要求的, 不是所有材料都能焊接, 有人理解为任何材料都可以焊接,这是一个很大的误解. 不同种材质之间有的能更好地焊接, 有的是基本能相熔, 有的是不相熔的. 同一材料之间熔点是相同的, 从原理讲是可以焊接的, 但是当要焊接的工件的熔点大于350℃时, 就不在适合用超声焊接了. 因为超声是瞬间使工件分子溶化, 判断依据是在3秒之内, 不能良好熔接, 就应该选择其它焊接工艺. 如热板焊接等. 一般来讲abs料是最容易焊接, 尼龙是最难熔接的. 具体焊接材料选择请参考附表:

焊接工件的工艺误区

3) 超声能量是瞬间爆发地, 熔接处应成点或线条, 以及传递的距离都要符合超声焊接方式. 有人认为只要是塑料材料, 无论怎样接合面都可以良好地焊接, 这也是一个错误认识. 当瞬间能量产生时, 接缝面积越大,能量分散越严重, 焊接效果越差, 甚至无法焊接. 另外超声波是纵向传波的, 能量损失同距离成正比, 远距离焊接应控制在6厘米以内. 焊接线应控制在30----80丝之间为宜, 工件的臂厚不能低于2毫米, 否则不能良好熔接, 特别是要求气密的产品.

各种焊接工艺见附表:

超声输出功率误区

4) 超声波输出功率的大小, 同压电陶瓷片的直径和厚度、材质 、设计工艺决定, 一但换能器定型,最大功率也就定型了, 衡量输出能量的大小是一个复杂的过成, 不是换能器越大,电路使用功率管越多, 输出能量就越大, 它须要相当复杂的振幅测量仪, 才能准确测量其振幅, 由于大多数使用者对超声知识太了解, 又加上某些销售人员的误导, 给消费者一个错误认识. 消耗电能多少并不能反应输出超生功率的大小, 如产生纵向能量低, 而消耗电流大, 只能说明设备的效率低下. 无功功率大而宜.

超声焊接机种选择误区

5) 使用多大输出功率, 振荡频率、振幅范围,要根据工件的材料、焊线面积、工件内是否有电子元器件、是否要气密等因素来考虑。误认为功率越大越好。这也是一个误解。如果对超声不是太了解。最好请教正规的超声波生产厂工程技术人员。有条件的话最好到厂家现场勾通,不要盲目听从一些非正规超声销售人员的误导。目前生产相关设备的公司特别混杂,其中大部为家庭式作坊,对电路进行生搬硬套仿制,对工作原理似懂非懂。仿制出的设备有以下致命缺陷。其一是外买元材料品质无法保证,其二生产工艺的核心技术没有掌握。设备在中功率和大功率工作时经常表现出不稳定,产品合格率低。有时会设备损坏。如驱动换能器的功率变压器,所使用的磁性材料参数无法测量,

磁饱和磁通密度(bs ) 磁感应强度(bm) 、有效磁导率(ue) 、剩余磁通密度(br)、矫顽力(a/m)、损耗因数(tan£)、温度系数(au/k—1),绕制工艺相当讲究,包扩抽真空浸环氧树质。这些测试设备和生产环境家庭式工厂是无法做到的。所以在勾买超声时,最好先了解一下公司情况,不要盲目听从销售员吹捧,也不要只看价格。只有这样才能日后减少不必要麻烦。

焊模结构的误区

6)超声模具(horn)型式多种多样,工件的型状决定着模具外型,但每部分的尺寸和弧度、材质都要严格计算的, 有人错误认为只不过是一个金属块而宜。 设计的是否合理直接影响着模具的效率、寿命、产品的合格率、严重时会直接烧坏发生器。模具的材料一般使用镁铝7075,而有些人为降低成本,使用劣质材料,或仿冒的7075。正规模具生产商进料都有一套严格地检验程序,加工尺寸都是经过计算机软件模拟和校验后加工出来的。品质才有保障。这些工序一般作坊是无法做到的,如不经过合理地设计,做出的模具,在焊接小工件时,反应问题还不明显,当大功率时就会出现各种弊端。严重时直接损坏功率元件。

超声波焊接范文第6篇

【关键词】超声波探伤;检测;焊接质量

探伤检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备,但肉眼不能穿透阀门工件来检查工件内部缺陷,而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测,既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷,也可以大大提高检测的准确性和可靠性。

一、超声波探伤在实际工作中的应用

对于图纸要求焊缝焊接质量等级为一级时评定等级为Ⅱ级时规范规定要求做100%超声波探伤;对于图纸要求焊缝焊接质量等级为二级时评定等级为Ⅲ级时规范规定要求做20%超声波探伤;对于图纸要求焊缝焊接质量等级为三级时不做超声波内部缺陷检查。截止到目前为止我在实际工作中接触到的要求探伤的绝大多数焊缝都是中板对接焊缝的接头型式,所以下面主要就对焊缝探伤的操作做针对性的总结。一般地母材厚度在8-16mm之间,坡口型式有I型、单V型、X型等几种形式。在每次探伤操作前都必须利用标准试块(CSKIA、CSKⅢA)校准仪器的综合性能,校准面板曲线,以保证探伤结果的准确性。

1、探测面的修整:应清除焊接工作表面飞溅物、氧化皮、凹坑及锈蚀等,光洁度一般低于4。焊缝两侧探伤面的修整宽度一般为大于等于2KT+50mm,(K:探头K值,T:工件厚度)。一般的根据焊件母材选择K值为2.5探头。例如:待测工件母材厚度为10mm,那么就应在焊缝两侧各修磨100mm。

2、耦合剂的选择应考虑到粘度、流动性、附着力、对工件表面无腐蚀、易清洗,而且经济,综合以上因素选择浆糊作为耦合剂。

3、由于母材厚度较薄因此探测方向采用单面双侧进行。

4、由于板厚小于20mm所以采用水平定位法来调节仪器的扫描速度。

5、在探伤操作过程中采用粗探伤和精探伤。为了大概了解缺陷的有无和分布状态、定量、定位就是精探伤。使用锯齿形扫查、左右扫查、前后扫查、转角扫查、环绕扫查等几种扫查方式以便于发现各种不同的缺陷并且判断缺陷性质。

6、对探测结果进行记录,如发现内部缺陷对其进行评定分析。焊接对头内部缺陷分级应符合现行国家标准规定,来评判该焊否合格。如果发现有超标缺陷,向车间下达整改通知书,令其整改后进行复验直至合格。

二、常见缺陷、原因分析及预防措施

1、气孔:单个气孔回波高度低,波形为单缝,较稳定。从各个方向探测,反射波大体相同,但稍一动探头就消失,密集气孔会出现一簇反射波,波高随气孔大小而不同,当探头作定点转动时,会出现此起彼落的现象。

产生这类缺陷的原因主要是焊材未按规定温度烘干,焊条药皮变质脱落、焊芯锈蚀,焊丝清理不干净,手工焊时电流过大,电弧过长;埋弧焊时电压过高或网络电压波动太大;气体保护焊时保护气体纯度低等。所用焊接材料应按规定温度烘干,坡口及其两侧清理干净,并要选用合适的焊接电流、电弧电压和焊接速度等。

2、夹渣:点状夹渣回波信号与点状气孔相似,条状夹渣回波信号多呈锯齿状波幅不高,波形多呈树枝状,主峰边上有小峰,探头平移波幅有变动,从各个方向探测时反射波幅不相同。

这类缺陷产生的原因有:焊接电流过小,速度过快,熔渣来不及浮起,被焊边缘和各层焊缝清理不干净,其本金属和焊接材料化学成分不当,含硫、磷较多等。防止措施有:正确选用焊接电流,焊接件的坡口角度不要太小,焊前必须把坡口清理干净,多层焊时必须层层清除焊渣;并合理选择运条角度焊接速度等。

3、未焊透:反射率高,波幅也较高,探头平移时,波形较稳定,在焊缝两侧探伤时均能得到大致相同的反射波幅。这类缺陷不仅降低了焊接接头的机械性能,而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点,承载后往往会引起裂纹,是一种危险性缺陷。

其产生原因一般是:坡口纯边间隙太小,焊接电流太小或运条速度过快,坡口角度小,运条角度不对以及电弧偏吹等。

防止措施有:合理选用坡口型式、装配间隙和采用正确的焊接工艺等。

4、未熔合:探头平移时,波形较稳定,两侧探测时,反射波幅不同,有时只能从一侧探到。

其产生的原因:坡口不干净,焊速太快,电流过小或过大,焊条角度不对,电弧偏吹等。

防止措施:正确选用坡口和电流,坡口清理干净,正确操作防止焊偏等。

5、裂纹:回波高度较大,波幅宽,会出现多峰,探头平移时反射波连续出现波幅有变动,探头转时,波峰有上下错动现象。裂纹是一种危险性最大的缺陷,它除降低焊接接头的强度外,还因裂纹的末端呈尖销的缺口,焊件承载后,引起应力集中,成为结构断裂的起源。裂纹分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹三种。

热裂纹产生的原因是:焊接时熔池的冷却速度很快,造成偏析;焊缝受热不均匀产生拉应力。

防止措施:限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量,主要限制硫含量,提高锰含量;提高焊条或焊剂的碱度,以降低杂质含量,改善偏析程度;改进焊接结构形式,采用合理的焊接顺序,提高焊缝收缩时的自由度。

冷裂纹产生的原因:被焊材料淬透性较大在冷却过程中受到人的焊接拉力作用时易裂开;焊接时冷却速度很快氢来不及逸出而残留在焊缝中,氢原子结合成氢分子,以气体状态进到金属的细微孔隙中,并造成很大的压力,使局部金属产生很大的压力而形成冷裂纹;焊接应力拉应力并与氢的析集中和淬火脆化同时发生时易形成冷裂纹。

防止措施:焊前预热,焊后缓慢冷却,使热影响区的奥氏体分解能在足够的温度区间内进行,避免淬硬组织的产生,同时有减少焊接应力的作用;焊接后及时进行低温退火,去氢处理,消除焊接时产生的应力,并使氢及时扩散到外界去;选用低氢型焊条和碱性焊剂或奥氏体不锈钢焊条焊丝等,焊材按规定烘干,并严格清理坡口;加强焊接时的保护和被焊处表面的清理,避免氢的侵入;选用合理的焊接规范,采用合理的装焊顺序,以改善焊件的应力状态。

作者简介:

超声波焊接范文第7篇

目前利用超声设备焊接各种塑件已相当普及,产品包装.切割.铆埋.压花.打孔.等行业是必不可缺的设备,于是各式各样,各种功能的超声焊接也应运而生,应用领域不同,使用方法和对设备要求大不相同.现时使用中消费者存在很大的区.真对这些误区加一说明!

1)焊接原理上理解误区

有相当一部分从事多年超声焊接方面的人员.对超声能量地传递有一种误解,认为是音波在接触面进行焊接,其实这是一种误解,真正的焊接原理是:换能器把电能转换为机械后,通过工件物质分子进行传导,声波在固体中地传导声阻远小于在空气中的声阻,当声波通过工件接缝时,缝隙中的声阻大,产生的热能相当就大.温度首先达到工件的容点,再加上一定的压力,使接缝熔接.而工件的其它部分由于热阻小,温度低不会熔接.其原理同电工学中的欧姆定律类似.

2)工件材料误区:

超声焊接机对要焊接的工件材质也是有要求的,不是所有材料都能焊接,有人理解为任何材料都可以焊接,这是一个很大的误解.不同种材质之间有的能更好地焊接,有的是基本能相熔,有的是不相熔的.同一材料之间熔点是相同的,从原理讲是可以焊接的,但是当要焊接的工件的熔点大于350℃时,就不在适合用超声焊接了.因为超声是瞬间使工件分子溶化,判断依据是在3秒之内,不能良好熔接,就应该选择其它焊接工艺.如热板焊接等.一般来讲ABS料是最容易焊接,尼龙是最难熔接的.具体焊接材料选择请参考附表:

焊接工件的工艺误区

3)超声能量是瞬间爆发地,熔接处应成点或线条,以及传递的距离都要符合超声焊接方式.有人认为只要是塑料材料,无论怎样接合面都可以良好地焊接,这也是一个错误认识.当瞬间能量产生时,接缝面积越大,能量分散越严重,焊接效果越差,甚至无法焊接.另外超声波是纵向传波的,能量损失同距离成正比,远距离焊接应控制在6厘米以内.焊接线应控制在30----80丝之间为宜,工件的臂厚不能低于2毫米,否则不能良好熔接,特别是要求气密的产品.

各种焊接工艺见附表:

超声输出功率误区

4)超声波输出功率的大小,同压电陶瓷片的直径和厚度、材质、设计工艺决定,一但换能器定型,最大功率也就定型了,衡量输出能量的大小是一个复杂的过成,不是换能器越大,电路使用功率管越多,输出能量就越大,它须要相当复杂的振幅测量仪,才能准确测量其振幅,由于大多数使用者对超声知识太了解,又加上某些销售人员的误导,给消费者一个错误认识.消耗电能多少并不能反应输出超生功率的大小,如产生纵向能量低,而消耗电流大,只能说明设备的效率低下.无功功率大而宜.

超声焊接机种选择误区

5)使用多大输出功率,振荡频率、振幅范围,要根据工件的材料、焊线面积、工件内是否有电子元器件、是否要气密等因素来考虑。误认为功率越大越好。这也是一个误解。如果对超声不是太了解。最好请教正规的超声波生产厂工程技术人员。有条件的话最好到厂家现场勾通,不要盲目听从一些非正规超声销售人员的误导。目前生产相关设备的公司特别混杂,其中大部为家庭式作坊,对电路进行生搬硬套仿制,对工作原理似懂非懂。仿制出的设备有以下致命缺陷。其一是外买元材料品质无法保证,其二生产工艺的核心技术没有掌握。设备在中功率和大功率工作时经常表现出不稳定,产品合格率低。有时会设备损坏。如驱动换能器的功率变压器,所使用的磁性材料参数无法测量,

磁饱和磁通密度(Bs)磁感应强度(Bm)、有效磁导率(Ue)、剩余磁通密度(Br)、矫顽力(A/M)、损耗因数(tan£)、温度系数(au/K—1),绕制工艺相当讲究,包扩抽真空浸环氧树质。这些测试设备和生产环境家庭式工厂是无法做到的。所以在勾买超声时,最好先了解一下公司情况,不要盲目听从销售员吹捧,也不要只看价格。只有这样才能日后减少不必要麻烦。

焊模结构的误区

超声波焊接范文第8篇

有相当一部分从事多年超声焊接方面的人员.对超声能量地传递有一种误解,认为是音波在接触面进行焊接,其实这是一种误解,真正的焊接原理是:换能器把电能转换为机械后,通过工件物质分子进行传导,声波在固体中地传导声阻远小于在空气中的声阻,当声波通过工件接缝时,缝隙中的声阻大,产生的热能相当就大.温度首先达到工件的容点,再加上一定的压力,使接缝熔接.而工件的其它部分由于热阻小,温度低不会熔接.其原理同电工学中的欧姆定律类似.

2)工件材料误区:

超声焊接机对要焊接的工件材质也是有要求的,不是所有材料都能焊接,有人理解为任何材料都可以焊接,这是一个很大的误解.不同种材质之间有的能更好地焊接,有的是基本能相熔,有的是不相熔的.同一材料之间熔点是相同的,从原理讲是可以焊接的,但是当要焊接的工件的熔点大于350℃时,就不在适合用超声焊接了.因为超声是瞬间使工件分子溶化,判断依据是在3秒之内,不能良好熔接,就应该选择其它焊接工艺.如热板焊接等.一般来讲ABS料是最容易焊接,尼龙是最难熔接的.具体焊接材料选择请参考附表:

焊接工件的工艺误区

3)超声能量是瞬间爆发地,熔接处应成点或线条,以及传递的距离都要符合超声焊接方式.有人认为只要是塑料材料,无论怎样接合面都可以良好地焊接,这也是一个错误认识.当瞬间能量产生时,接缝面积越大,能量分散越严重,焊接效果越差,甚至无法焊接.另外超声波是纵向传波的,能量损失同距离成正比,远距离焊接应控制在6厘米以内.焊接线应控制在30----80丝之间为宜,工件的臂厚不能低于2毫米,否则不能良好熔接,特别是要求气密的产品.

各种焊接工艺见附表:

超声输出功率误区

4)超声波输出功率的大小,同压电陶瓷片的直径和厚度、材质、设计工艺决定,一但换能器定型,最大功率也就定型了,衡量输出能量的大小是一个复杂的过成,不是换能器越大,电路使用功率管越多,输出能量就越大,它须要相当复杂的振幅测量仪,才能准确测量其振幅,由于大多数使用者对超声知识太了解,又加上某些销售人员的误导,给消费者一个错误认识.消耗电能多少并不能反应输出超生功率的大小,如产生纵向能量低,而消耗电流大,只能说明设备的效率低下.无功功率大而宜.

超声焊接机种选择误区

5)使用多大输出功率,振荡频率、振幅范围,要根据工件的材料、焊线面积、工件内是否有电子元器件、是否要气密等因素来考虑。误认为功率越大越好。这也是一个误解。如果对超声不是太了解。最好请教正规的超声波生产厂工程技术人员。有条件的话最好到厂家现场勾通,不要盲目听从一些非正规超声销售人员的误导。目前生产相关设备的公司特别混杂,其中大部为家庭式作坊,对电路进行生搬硬套仿制,对工作原理似懂非懂。仿制出的设备有以下致命缺陷。其一是外买元材料品质无法保证,其二生产工艺的核心技术没有掌握。设备在中功率和大功率工作时经常表现出不稳定,产品合格率低。有时会设备损坏。如驱动换能器的功率变压器,所使用的磁性材料参数无法测量,

磁饱和磁通密度(Bs)磁感应强度(Bm)、有效磁导率(Ue)、剩余磁通密度(Br)、矫顽力(A/M)、损耗因数(tan£)、温度系数(au/K—1),绕制工艺相当讲究,包扩抽真空浸环氧树质。这些测试设备和生产环境家庭式工厂是无法做到的。所以在勾买超声时,最好先了解一下公司情况,不要盲目听从销售员吹捧,也不要只看价格。只有这样才能日后减少不必要麻烦。

焊模结构的误区

超声波焊接范文第9篇

一、概述

管子和压力管道其主要作用是输送介质,除常见的石油、天燃气外,还有工业用气体,如氧气、二氧化碳等、乙烯、液氨、矿浆、煤浆等介质。与其他特种设备相比,主要由以下几方面的特点:

1.管道与输送介质相对流动,所以管道内要减小阻力,保证光洁;还要对介质有所考虑,腐蚀性强的在设计上要增加相应的裕量。

2.管道是相应固定的。一般埋于地下,不发生位移。

3.输送的连续性。一般情况下应连续运行。

4.在役运行的管道对地面建筑或区域构成威胁,尤其是易燃气体管道,威胁更大。

5.长输管道除特殊地形,一般铺设在地下,运行时不易发现潜在危险。

通过上述分析,说明管子和压力管道的质量对整个输送系统的安全运行和使用寿命是非常重要的。因此,管子和压力管道焊接质量是影响管道质量的极其重要的因素。

管子和压力管道在锅炉制造安装中应用也较广,经常承受较高的压力。过去主要采用X、γ射线检验,但由于管子透照厚度差大,安装过程中管子有时密集排列,X、γ射线检测缺陷检出率低。为此人们开始研究利用超声波来进行检测,目前已取得一定的成效,而且在一些大型锅炉厂及电建单位中已用于实际生产。

焊接接头种常见缺陷油气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等。管子曲率半径小,管壁厚度薄,常规超声检测困难大。曲率半径小,普通探头的检测接触面就小,曲面耦合的损失就大。同时超声波在内表面反射发散严重,检测灵敏度低。壁薄、杂波多,从而判断缺陷难度大。大量实验表明,利用大K值小晶片短前沿横波斜探头在焊缝两侧进行检测,可以有效地检出焊接接头中的各种缺陷。

小径管外径d=32-159mm,壁厚t=3-13mm,曲率半径小,管壁厚度小。

焊缝中缺陷:气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等。

探伤特点:大K值、短前沿,一次波探测根部。

二、探测条件

1、仪器

较窄始脉冲,始脉冲占宽≤2.5mm。

高分辨率,小径管对比试块上Φ6/Φ10孔横波分辨Z≥20dB。

2、探头

①楔块:探测面磨成与管外面曲率均合

②晶片:小晶片,常用6×6mm,8×8mm

③频率:常用5MHZ

④K值:常用K2.5、K3.0,或β=60°72°

⑤前沿长度≤10mm,常用4-6mm

⑥探头形式:平面单晶横波探头------灵敏度较低

单晶、双晶线聚焦探头------灵敏度高

3、试块

对比试块GS-1、GS-2、GS-3、GS-4用于测试仪器和探头的性能,调整扫描线比例和探伤灵敏度。(见图)

4、耦合剂:机油、甘油、浆糊等。

三、仪器调整

1、扫描线比例:水平1:1,可用φ2横孔调节。

2、灵敏度

壁厚 评定线 定量线 判废线

≤8mm / Φ2×20-16dB Φ2×20-10dB

>8-15mm Φ2×20-16dB Φ2×20-13dB Φ2×20-7dB

>15mm Φ2×20-16dB Φ2×20-10dB Φ2×20-4dB

3、探测面打磨范围:7-9倍壁厚,实际50-70mm。

四、扫查探测与缺陷判别

1、扫查探测

一侧波、三次波探焊缝下部和根部,二次波探焊缝上部。

2、缺陷判别与测定

缺陷判定:以缺陷水平距离位置判别缺陷。

①水平距离

②两侧探测均在焊缝中心线水平距离处。

③仅一侧探测在焊缝中心线处为错边。

缺陷指示长度Lδ测定:

当缺陷反射波高于II区或II区以上,反射波只有一个高点用6dB法测指示长度,有多个高点,用端点6dB法测指示长度。

当缺陷反射波高位于I区,如有必要测长,以评定线为基准的绝对灵敏度测长。

测长的指示长度为沿管子外径圆周长,其实际指示长度Lδ为Lδ=L×(R-H)/R,这里L-------探头沿管子外圆移动距离,R-------管子外半径,H-------缺陷离外表面深度。

缺陷性质判断:

①根部未焊透:有端角反射特征,回波较强。从焊缝两侧均可探到,位于焊缝中心线沿焊缝有一定长度。

②未熔合:均为V型坡口。出现在上部。常在二次波发现,回波较高焊缝一侧探到,另一侧探不到。

③气孔:出现在焊缝中任何位置,波幅小。

缺陷评定:

首先判定是否危险性缺陷,对判定为非危险性缺陷,如相邻两缺陷在一直线上,其间距小于其中较小的缺陷长度应作为一条缺陷处理,以两个缺陷长度之和作为单个缺陷指示长度,且不考虑间距,单个点状缺陷指示长度按5mm计。

五、质量评定

1.不允许存在缺陷:反射波幅位于III区的缺陷和判定为裂纹等危险性缺陷。

2.反射波幅位于II区的缺陷,指示长度≤1/3T(最小5mm)评为I级,指示长度≤2/3T(最小6mm)评为II级,超过上述据评为III级。

3.如判为根部未焊透,则单个根部未焊透焊缝长度为1/3T(5-20mm),l累计长度≤10%圆周长且

4.在100mm焊缝内,同时存在条状缺陷和未焊透时评为III级。

参考文献

[1]《超声检测》

[2]《压力容器定期检验规则》

超声波焊接范文第10篇

关键词:超声波探伤;钢结构;焊缝

由于钢结构具有重量轻、强度高、刚度大等特征,目前已在炼油、石油化工、建筑、桥梁、场馆、水电等工程中广泛应用。在制作并安装钢结构过程中,需要通过焊接工艺来实现,而超声波探伤技术作为确保钢结构焊接质量的根本保障,当前在钢结构产品中的应用广泛。以下将对具体内容进行分析与阐述。

一、超声波探伤技术的特征与应用范围

1、超声波探伤技术的特征

所谓超声波,主要指超声振动通过介质进行传播,实际上就是在弹性介质中,以波动形式进行的机械振动,其振动频率大于20KHz。通过应用超声波探伤技术,可检测厚度大的钢结构材料,其检测速度快、成本低,可准确定位、定量缺陷,对人体不会产生任何危害,同时提高大面积缺陷的检测效率。因此,当前超声波探伤技术已成为无损检测的主要途径,在钢结构生产实践中广泛应用。超声波探伤技术在钢结构焊接中的应用,具体特点分析如下:

①当超声波处于介质中,一旦遇到界面拦截,就会产生反射;

②超声波的传播力度较大,对钢结构产生较强的穿透力;

③超声波的振动频率越高,指向性就越好;

④超声波的衰减、声速、阻抗等特征,给超声波的运用提供了更多信息。

2、超声波探伤技术的应用范围

当前,超声波探伤技术的应用广泛,尤其在工业无损检测中发挥重要作用。超声波探伤技术,可应用于各种钢结构的轧制件、锻件、铸件、焊缝等;(以及)机械零件、电站设备、锅炉、船体、结构件等,也可应用超声波探伤技术。超声波探伤技术既可采取自动化方式,也可采取手动方式。以物理性能检验角度来看,利用超声波探伤技术,可检测材料的厚度、硬度、深度、液位、流量、晶粒度等参数。

二、钢结构焊缝的评定与检验

在钢结构的钢板中,一般要求应用超声波对全焊透的一级焊缝、二级焊缝进行探伤。如果应用超声波探伤难以做出准确判断,则采取射线探伤方式。实际上,超声波探伤并不是钢结构焊缝的唯一检验办法,如果难以确定缺陷,也可借助更多辅助探伤方法。

对于一级焊缝与二级焊缝,应用超声波探伤时,需先确定其评定等级和检验等级。一级焊缝的评定等级是Ⅱ级,二级焊缝的评定等级是Ⅲ级;一级焊缝的检验等级是B级,二级焊缝的检验等级也是B级。在实际进行超声波探伤检测过程中,其检验等级则分为A、B、C三个等级,一般钢结构中的焊缝超声波探伤采取B级检验。以下将对B级检验进行重点分析:

对于B级检验来说,原则上从某一角度,将探头在焊缝的单面实行双侧探测,同时检测整个焊缝的截面。如果钢材的厚度>0.1m,则采取双面双侧检验方式;由于受到几何条件的影响,可以在钢结构焊缝的双面单侧,采取分别两个角度的探头探伤;条件允许情况下,可以检验横向缺陷。一级焊缝的探伤比例是100%,二级焊缝的探伤比例是20%。有关探伤比例的具体计算方法为:工厂制作的钢结构焊缝,按照每条焊缝计算百分比,同时保持探伤长度>200mm;如果焊缝长度不足200mm,则需要整条焊缝探伤处理。现场制作的钢结构焊缝,应根据类型的不同而决定。相同施焊条件下,计算焊缝条数的百分比,探伤长度应200mm,且不少于一条焊缝;应该注意的是,在实际钢结构焊接的探伤应用中,很多检测人员经常出现失误。应该对工厂制作的焊缝进行逐一检测,可以按照每条焊缝长度的20%实行探伤,同时满足探伤长度的要求。对于在现场制作的钢结构焊缝,可以根据焊缝条数来计算准确的探伤比例,但也要满足探伤条数与长度的相关要求。

三、钢结构焊接缺陷的识别

对于焊缝中常见的几种缺陷,回波特性有所不同,现具体分析如下:

1、气孔

在钢结构焊接过程中,由于焊接池中的高温,吸收了大量的气体;或者由于冶金而产生的气体,在彻底凝固之前没有溢出,而是残留在焊缝金属中,产生空穴现象,多以椭球形或者球形呈现。钢结构的气孔可以分为密集气孔与单个气孔两种形式;密集气孔产生的超声波为一簇反射波形式,波高会随着气孔的大小而有所不同,当探头进行定点转动时,就会产生“此起彼落”的现象;单个气孔产生的超声波较为稳定,回波较低,无论从哪个方向进行探测,反射波基本相同,一旦探头发生移动,则反射波立刻消失。

2、裂纹

钢结构中的裂纹,主要是在焊接过程中或者焊接之后,在母材、焊缝等位置出现破裂而产生的缝隙。如果超声波遇到裂纹,则波幅较宽、回波高度大,同时出现多峰现象;当平行移动探头时,会出现反射波,波幅发生变动;而转动探头时,会出现波峰上下错动的现象。

3、夹渣

钢结构焊接中的夹渣问题,主要是残留在金属中的熔渣或者非金属夹杂物,夹渣表面呈现不规则状态。夹渣可分为条状夹渣与点状夹渣。条状夹渣的回波信号以锯齿状为主,这种方式的反射率较低、波幅较低,波形以树枝状为主;当平行移动探头时,波幅就会出现变动,从不同方向进行探测,反射波幅有所不同;点状夹渣的回波信号则同点状气孔基本类似。

4、未熔合

未熔合主要是母材和填充金属之间没能熔合,或者金属层之间没能熔合。未熔合现象的反射波特征如下:进行两侧探测时,反射波的波幅有所不同,有时仅能从单侧探测;当探头平行移动时,波形则较为稳定。

5、未焊透

未焊透主要指钢结构的焊接部分,金属没有完全熔透。一般未焊透现象出现在焊缝的中心线位置,长度较长。在超声波探伤过程中,平行移动探头,未焊透的波形较为稳定;而从两侧进行焊缝探伤时,则可获得基本一致的反射波幅。

四、非焊接缺陷的识别

在应用超声波探伤技术过程中,一些较为明显的反射回波来自非焊缝缺陷,具体分析如下:

1、加强层

当采用超声波探伤技术探测到加强层时,会出现变形反射回波或者反射回波。具体识别方法为:利用蘸有化学糨糊或者机油的毛刷,反复拍打反射回波位置,此时仪器显示屏上的脉冲信号就会出现上下跳动,进而进行判断。

2、错边

在钢结构焊缝两侧,由于工件的厚度差异或者装配失误等,容易出现错位现象。如果超声波到达错边的位置,就会产生边角反射回波。当通过焊缝的单面实行两侧探测时,就可在一侧获得较强的反射回波信号,而另一侧的反射回波信号则明显降低。

3、焊瘤

在正常钢结构焊接中,多余的部分即焊瘤。当探头从焊瘤的两侧进行分别检测,都可能出现反射回波,一般对于焊瘤的超声波探伤,反射波出现在底面反射回波之后。

参考文献:

[1] 卓成敏.高层钢结构构件制作的几个质量控制点 [J].科技致富向导,2011,(4).

[2] 杜涛,崔士起,张秀芹,等.钢结构焊缝超声波探伤结果影响因素的介绍 [J].四川建筑科学研究,2007,(4).

[3] 孙钟.温度对超声波探伤缺陷定位、定量的影响研究 [J].大连:大连理工大学,2009.

[4] 张辉.对接焊缝错边处超声波探伤应注意的几个问题 [J].无损检测,2007,(6).

[5] 孙生玉.钢结构焊接中的常见问题探讨 [J].中国新技术新产品,2009,(2).

[6] 路晓玲.超声波探伤在钢结构中的应用 [J].科技情报开发与经济,2010,(19).

上一篇:超声内镜范文 下一篇:超声波清洗范文

友情链接