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2019年07月，大为工业接到东莞一家超声波焊接机厂家的焊接订单，焊接产品是超声波焊接头。客户想达到的效果是：

1、在已经磨损的焊接头前端工作区焊接上钨钢片，然后再重新对钨钢片进行磨齿，从而实现焊接头的二次回收利用，以节省焊接头的采购成本；

2、钨钢片焊接牢固，工作时不脱落；

3、重新焊接的超声波焊接头工作寿命接近原一体式焊接头的寿命。

以下为客户提供的焊接头的实物图：

针对客户的需求，我们提出的方案是：焊接头前端两侧各磨掉5mm，然后在磨削面焊接上厚度为5.5mm的钨钢片，最后对钨钢片进行磨齿，焊接头整体进行频率修正。焊接效果图如下：

借鉴之前高速钢+钨钢的焊接经验，我们对钨钢片进行选型，并选择合适的焊接工艺参数，焊接流程如下：

1、来料检验

测量焊接头的关键尺寸，以决定钨钢片的尺寸，钨钢片长宽高各预留0.5mm余量，用于后续加工，钨钢片的尺寸为16.5mm*13.5mm*5.5mm。

2、材料加工

钨钢片加工到要求的尺寸，并且，表面粗糙度需达到Ra1.6以上，焊接面平行度需达到0.05mm；磨掉焊接头前端工作面原有的齿形，保证两侧磨削面相互平行。

3、焊接

将钨钢片置于焊接头磨削面，并采用大为工业特有的原子扩散焊工艺，将钨钢片牢固地焊接在焊接头上。大为工业特有的原子扩散焊技术，相比于普通的扩散焊，有着以下优点：

（1）焊接效率高：焊接时间约30秒，生产效率极高；

（2）焊接强度高：焊接强度最高可以达到母材强度的80%；

（3）环保：整个焊接过程零排放，对环境无污染；

（4）对母体性能影响小：整个焊接过程仅对局部加热，对母体性能及组织结构影响小。

4、满焊率测试

通过显微镜及超声波探伤仪，对焊接处进行检测，主要检验焊接处是否有裂缝、满焊率是否达到要求，从而初步判断焊接头的焊接强度，测试结果如下：

从上图可以看出，焊接面结合良好，未出现裂缝，满焊率满足要求（缺陷波幅均小于10%），初步判断，焊接强度满足要求（由于客户的要求，该产品无法进行破坏性测试）。

5、高低温冲击测试

将焊接好的超声波焊接头置于高低温冲击箱中，进行高低温冲击试验，主要是验证产品在高低温冲击后，是否脱落、是否产生裂纹、是否影响内应力及是否影响产品强度等，可判断产品的品质。

试验程序如下图所示：

其中，（1）高温T_A：+80℃；（2）低温T_B：-40℃；（3）转换时间t₂：≤3min；（4）暴露持续时间t₁：30min；（5）循环次数：5次。

高低温冲击程序结束后，观察焊接头，发现焊接头尺寸没有发生变化，未出现裂缝、脱落等不良现象，测试通过。

6、驱动测试

驱动测试，就是将焊接头安装在超声波换能器上，使用超声波驱动器进行驱动，测试其超声特性以及振动情况。首先，使用阻抗分析仪测试超声波换能器的频率及阻抗，判断其工作频率是否要求、内部阻抗是否足够小，然后，使用超声波驱动器测试其空载功率以及振动情况，即测量超声波换能器的损耗功率，观察其振动情况、是否发热异常。

测试数据如下：

（1）超声波焊接头的谐振频率略低于20kHz，还需进一步修频，使得超声波焊接头频率接近20kHz；从上表可以看出：

（2）超声波焊接头阻抗不大，一体式的焊接头阻抗小于50Ω就属于正常（焊接后的超声波焊接头空载功率及阻抗会略高于一体式焊接头，主要是由于焊接面的存在及钨钢片较高的高声学阻抗，导致焊接后的超声波焊接头空载功率以及阻抗偏高）；

（3）长时间振动测试之后，钨钢片均不脱落，强度合格。

从以上的测试可以看出，大为工业焊接的超声波焊接头，强度高，强度达到客户的要求，帮客户解决了问题。