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超聲波金屬焊接工藝參數
超聲波金屬焊接主要的工藝參數有功率P、頻率f、振幅A、靜壓力F和焊接時間t等。
①焊接需用的功率P（W）取決于工件的厚度δ（mm）和硬度H（HV），并可按下式確定：
P=kH3/2δ3/2
式中k為系數
②超聲振動頻率f：諧振頻率一般在16~80kHz之間，頻率選擇應考慮被焊材料的物理性能及其厚度，在焊接薄件時選擇比較高的諧振頻率。其最佳操作頻率則可隨聲極極頭、工件和壓緊力的變化而變化。
③振幅A：決定著摩擦功的大小，關系到焊接區(qū)表面氧化膜的去除條件、結合面摩擦生熱情況、塑性變形范圍的大小以及材料塑性流動的狀況等。所選的振幅一般在5~25μm之間。超聲波焊機功率P與振幅A之間的關系為：
P=4μSFAf
F為靜壓力，MPa；S為焊點面積，mm2;μ為摩擦系數；f為振動頻率，Hz。
接頭強度與振幅有密切的關系，對特定的材料來講存在一個最合適的振幅范圍。
④靜壓力F：靜壓力用來向工件傳遞超聲振動能量，是直接影響功率輸出及工件變形條件的重要因素。它的選擇取決于材料硬度及厚度、接頭型式以及使用的超聲功率。
靜壓力過低時，很多振動能量將損耗在上聲極與工件之間的表面摩擦上，還會使極頭打滑并影響焊接質量。靜壓力過大時，除了增加需用功率外，還會因工件的壓潰而降低焊點強度。
⑤焊接時間t：焊接時間是指超聲功率輸入工件的時間。它將決定輸入到工件的能量大小。超聲波焊接的特點是焊接時間特別短。然而，焊接時間過短，則焊接強度過低，甚至不形成接頭。因此，選擇大功率短時間的焊接條件，要比采用小功率長時間的焊接條件優(yōu)越得多。因為，過長的焊接時間只會引起焊點的不良外觀及可能導致的接頭及工件的疲勞損傷。
其他超聲波金屬焊接工藝因素的影響
影響超聲波焊接強度的主要工藝因素有：上下聲極的材料、形狀和表面狀態(tài)；工件表面的熱處理；焊接區(qū)氣氛以及中間添加物等等。
上聲極是傳遞超聲波振動能量的最后一個環(huán)節(jié)，其材料的選擇，端面尺寸以及表面狀況均會影響焊點強度及其穩(wěn)定性。
為了有效的傳遞振動能量要求上聲極材料有盡可能大的摩擦系數，以保證上聲極與工件間的摩擦力大于工件間的摩擦力，否則必將造成振動能量的嚴重損耗。有時在焊接生產中用砂紙打磨上聲級的端部以提高其摩擦系數。
上聲極材料應具有足夠的強度和耐磨性，尤其希望有良好的高溫強度和疲勞強度。這不僅對提高聲極壽命有很大的意義，而且對保證焊點強度的穩(wěn)定性也是十分必要的。提高上聲極硬度還有利于防止聲極與工件間發(fā)生嚴重咬合，進而造成工件表面及聲極表面的破壞。目前在鋁銅低碳鋼等材料焊接時選用高速鋼、滾動軸承鋼制造的聲極。而在焊接鈦、鋯、高強度鋼及耐磨合金時，則選用鎳基合金作為上下聲極材料。也有人采用碳化鎢硬質合金作為聲極材料。
對于上聲極端部，為了減輕焊點四周的應力集中以防止疲勞破壞，一般需制成球面。球面半徑的大小影響工件接觸面積，是確定焊點面積的重要因素。上聲極端部球面半徑的選擇與焊件材料硬度及厚度有關。一般取球面半徑為焊件厚度的50~100倍。材料愈薄相對比值愈大，材料愈軟相對比值愈小。
還應重視上聲極與變幅桿的聯(lián)接質量，最好采用真空釬焊方法。同時在安裝時要注意保持上聲極與工件間的垂直度，隨著位置(角度)的偏離，接頭強度將會急劇下降。
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