[发明专利]一种超声能-电阻热精密复合的焊接方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属微型零件焊接技术领域，尤其是一种超声能-电阻热精密复合的焊接方法及装置。

背景技术

随着电子信息、新能源、汽车、航空航天等行业的飞速发展，有色金属得到了广泛应用，其中对有色金属的焊接需求也越来越多，但由于有色金属的导电性、导热性和热膨胀系数较高，如果采用目前通用的焊接方法会造成有色金属的焊接，特别是有色金属微型零件的直接焊接达不到预期的要求，焊接性较差。目前有色金属之间的直接焊接主要有三种，分别是摩擦焊、电阻焊和超声波焊接。

摩擦焊是利用焊件断面发生相对旋转运动时相互摩擦产生的热使端部达到热塑性状态，然后进行顶锻，完成焊接的方法。目前常用的焊接方法有旋转摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊等。旋转摩擦焊主要是针对轴类零件，线性摩擦焊主要是针对非轴对称零件，搅拌摩擦焊主要是针对板类零件，摩擦焊通常适用于较大尺寸的零件，但对于小尺寸有色金属零件的焊接仍然存在困难。

电阻焊是利用电流流过工件和接触面时所产生的电阻热加热金属，然后在压力作用下完成焊接。根据接头形式不同分为电阻点焊、电阻缝焊和电阻对焊等。电阻点焊和电阻缝焊是使接头内局部熔化，界面完全消失。电阻对焊在较高温度下形成塑性连接，杂质被排除，其接头性能与界面塑性变形、高温扩散及杂质排除等因素有关，比超声波焊接界面融合好，比有熔化的接头性能稍差。由于电阻焊对电阻具有高度敏感性，而有色金属的电阻率低、热导率高，所以电阻焊对黑色金属材料比较有效，对有色金属应用不太理想。此外，由于应用该焊接方法时会有较大的热输入和易于变形，所以对小尺寸有色金属零件进行电阻焊时，接头变形比较严重。

超声波焊是利用超声频率的机械振动能量，使待焊金属件进行连接的一种特殊方法。超声波焊接方法其中也利用了摩擦原理，只是这种摩擦是超声振动在接触界面上产生的微摩擦，产生的能量有限。超声波在有色金属焊接方面用得比较多的是集成电路引线的超声键合(Ultrasonic Bonding)或热超声键合(Thermosonic Bonding)。其中预热会使热超声键合接头性能更好，所以热超声键合是超声波键合的主流。另外，超声波焊还用于电池镍片、铜、铝材料焊接等场合。对于有色金属，由于超声波焊接能量不足、有色金属导热快，所以接头表面平均温升有限，接触面间形成局部区域固相连接，接头强度不高。目前已有研究是通过采用复合超声振动和从工艺上改善接头等措施来提高超声波焊接接头的性能，但这些方式仍然仅靠超声摩擦产生固相连接，只是增大了有效固相接合面积，界面平均温升仍然有限，连接机理没有发生实质性改变。所以应用发展缓慢。

因此，需要提供一种可对有色金属微型零件直接焊接的方法及装置。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可对有色金属微型零件直接焊接的超声能-电阻热精密复合的焊接方法及装置。

本发明提供了一种超声能-电阻热精密复合的焊接方法，首先，工具头以预定压力压紧待焊工件，然后将超声脉冲与电阻焊电流按照预设波形精密导入待焊部位进行复合作用，焊接完毕后，升起工具头，停止超声电源和电阻焊电源，使焊头进行自然冷却，最后超声电源再次发出一超声脉冲，使工件顺利的从工具头上脱落。

具体包括以下步骤：

(1)预压阶段：将待焊工件置于超声能-电阻热复合能量导入系统的工具头和工作台之间，工具头按照预先设定的压力压紧工件；

(2)焊接阶段：根据焊件不同，预设焊接参数，根据预设的超声脉冲与电流匹配相位分别启动数字超声系统中的数字功率超声电源和精密逆变电阻焊电源系统中的精密逆变电阻焊电源；所述数字功率超声电源根据预设的超声脉冲波形输出电脉冲驱动数字超声系统中的换能器产生超声波，超声能-电阻热复合能量导入系统中的变幅杆将该超声波的振幅调整成焊接所需振幅后传递给所述工具头，工具头将超声振动作用于工件上；所述精密逆变电阻焊电源根据预设的电阻焊电流波形提供焊接电流，通过所述工具头、工作台与电源形成回路，所产生的电阻热作用于工件上，超声振动和电阻热对工件进行焊接；在焊接过程中，通过所述数字超声系统中的以DSP为核心的数字控制电路及所述精密逆变电阻焊电源系统中的以MCU为核心的控制电路协同进行精密控制；

(3)冷却阶段：焊接完毕后，将工具头升起，停止数字功率超声电源和精密逆变电阻焊电源，焊头进行自然冷却；

(4)后处理阶段：再次启动数字功率超声电源，发出一时间为0.01-0.2s、振幅为10-20μm的超声脉冲，使工件顺利的从工具头上脱落，焊接过程结束。

所述步骤(1)中，加压方式为气动加压、弹簧加压、液压加压或者伺服加压。