向工程师询问有关焊接小金属部件的单词描述，这是他回复的好赌注，“挑战”。

自2003年以来，Gary Filer每天都要面对焊接小金属部件的挑战。他是Filer Micro Welding公司的创始人和所有者，该公司总部位于北卡罗来纳州的森林城，拥有8名员工
焊接技术人员。

“我们在显微镜下焊接所有类型的小金属部件，”Filer解释说。“这是非常精确的工作，通常不能用机器人或全自动设备来完成。大多数零部件用于医疗设备或广泛应用于各行各业的电子元件。”

例如，将一个电子元件焊接到油井钻头上，以便在钻井过程中可以在不同方向上操作。在医疗方面，Filer的公司最近将一个小管(0.05英寸宽)和销钉(0.02英寸宽)焊接在一起，用于在膝关节置换手术中钻入股骨的扩眼工具。

“制造商经常向我询问我是否可以焊接两个我以前从未焊接过的小部分，”注释文件管理器。“我告诉他们真相，这可能是，因为我仍然不知道微激光焊接的完整能力。”

几十年来，超声波和电阻焊接一直是焊接手掌大小或更小部件的最常用方法。尽管这两种方法都很流行，但制造商现在有了其他选择。一种是微焊接。另外两种是标准激光焊接和摩擦焊接，这两种焊接技术已经发展成熟，在这类工作中成本效益也越来越高。

超声波焊接

超声能量首次在20世纪50年代后期发现。Aeroprojects（现在Sonobond Inc.）于1960年颁发了第一个金属焊接专利，即将推出其第一丝电线的第一个超声波焊接系统。根据Sonobond总裁的珍妮特德文，半导体制造商立即开始使用该系统焊接低电流，小线（小于0.005英寸）到电路。该系统以与标准系统相同的方式为特色60千孔，12瓦电源和超声焊接电线，但不使用填充金属。

要焊接的两个表面在中等夹持力下保持在一起。然后机械振动平行于关节界面，在表面之间产生相对运动。这种摩擦运动变形、剪切和压扁了局部表面的棱角，分散了界面氧化物和污染物，使表面之间产生紧密的金属接触，形成固体
国家焊缝。

超声波焊接可以焊接各种金属，包括铜，铝和镁，以及金和银等软金属合金。该过程通常用于涉及多层，不同材料和异种厚度的应用。焊接循环快，通常在一秒钟内，该过程易于自动化。此外，不需要诸如填充金属或屏蔽气体等耗材。

另一个优点是成本。Devine表示，对于小型部件的桌面超声波焊机不到30,000美元，这小于摩擦焊接系统，远低于激光焊接系统。她承认，超声波焊接比电阻焊接更昂贵，但补充说超声波更具成本效益。

至于限制，超声波焊接需要进入部分的两侧。而且，接头通常限于搭接接头，并且可以焊接的厚度受电源和金属硬度的限制。工具要求是严格的。该工具必须具有高硬度，以避免变形，良好的韧性，以避免压裂，以及良好的强度
高温度。

Devine表示，汽车、航空航天、家电、医疗产品和电子产品制造商广泛使用超声波焊接。在过去的几年中，人们对传感器和电池标签的超声波焊接越来越感兴趣。

Devine注意其他一些有趣的小部分应用：将电阻线焊接到1毫米范围内的用于地板接地的元件，将两个20个电线连接到水喷水控制器控制器的端子，以及焊接锡板总线电线用于香烟打火机的镍铬菜线圈。

迪瓦恩承认:“客户并不总是告诉我们这些零件是干什么用的。”“但是，由于超声波焊接只产生瞬时和集中的热量，它可以安全地焊接爆炸性的东西。一些客户有超声波焊接的枪支铜冲击帽。还有一些人把电线连接到嵌入烟火材料的雷管引信上。”

电阻焊接

与超声波焊接一样，电阻焊接在快速、经济地连接小型金属部件方面已有几十年的历史。这两种方法也可以连接相似或不同的金属。

它们的不同之处在于电阻焊接处理有色和黑色金属。小部件可由铝，黄铜，铜，镍，碳或不锈钢，钨和钛制成。

在电阻焊接中，待连接的部件被推动在一起，而电流通过它们短时间通过它们。用于焊接的热量来自部件和电极内和之间的电流。当电流停止时，电极在金属冷却的同时继续将部件保持在一起，形成焊缝。

电阻焊接需要少量的耗材，确保操作员安全（由于低电压），是节能，清洁和环保。至于生产，焊接头设计和闭环技术的进步使得小零件上每分钟100多次焊缝的吞吐量。

电阻焊接可以很容易地自动化，因为电极夹住零件，在一定程度上是自固定的。另一个要求是最小热影响区(HAZ)，焊接热几乎不会改变焊接处或附近的材料。当焊接热敏电枢、连接器、螺线管和小型pcb时，这一优点对电子制造商非常重要。

汽车制造商电阻焊接小电线，微开关，电池片，母线和安全气囊雷管零件。电阻焊接小零件在航空航天、家电、医疗等领域也很常见
设备行业。

STRUNK Connect自动化解决方案公司的总经理Heinz Bockard指出:“几年来，一家医疗设备公司一直在用电阻焊接非常微小的电线到心脏起搏器的金属组件上。这种组件还不到一美分。”

EWI的高级工程师Tim Frech说电阻焊接有两个缺点:需要用电极接触零件，需要比激光焊接更多的热输入。投资成本从1万美元到7万美元不等，取决于电源类型、焊接头设计和控制能力。

Bockard说，当要焊接的两种金属的熔点非常不同时，制造商可以使用STRUNK的电阻硬焊接系统。在该系统中，焊料自动添加到焊接过程中，以最大限度地减少分离力的变化，实现高剥离附着力。焊料馈送被密切监控，并配备电机驱动的退卷器。

为了确保焊接质量，STRUNK焊接系统的控制技术使用逆变器而不是变压器。Bockard说，当需要更换电极(磨损、脏等)时，逆变器可以更好地检测，使用更少的电力，并保证最佳的工艺可靠性。

激光焊接

在过去的20年里，用于医疗和汽车工业的小部件的激光焊接有了显著的增长。Amada Miyachi美国公司的先进技术经理杰夫·香农(Geoff Shannon)说，这是因为激光焊接是非接触的，快速(毫秒级)，精确，适合大批量应用。

用于焊接小部件的最流行的激光器是YTTerbium-Fiber，磁盘（Active Mirror），ND：YAG和CO₂．除了激光电源外，激光焊接系统通常还包括一个外壳、一个控制单元和用于聚焦并将激光束传送到要连接的部件的光学元件。根据应用程序的不同，设置可能还需要一个夹具来固定部件;冷却系统;一种保护气体的喷嘴;以及排气系统，以消除焊接过程中产生的任何烟雾。

激光焊接的一个关键优势是在焊接期间没有力施加在部件上，导致焊接后的最小标记或变形。低总热输入意味着焊缝可以靠近热敏组件而无需担心损坏。

最后，激光焊接是非常灵活的。这种光束可以在其他焊接方法中使用的电极无法接触到的地方形成焊缝。此外，激光适应对接，搭接和圆角接头。

各种金属可以是激光焊接，包括不锈钢，黑色金属和贵金属和合金。然而，一些不同的金属不能是激光焊接的。

“某些部件，比如气囊启动器，必须用激光焊接，”香农解释道。它包含一根细丝，加热并穿透推进剂室，产生氮气填充气囊。至少在过去15年里，世界上每个启动器上的金属丝都是激光焊接的。”

医疗器械制造商更喜欢激光焊接到电阻或超声波焊接，因为激光更精确，笔记香农。小型医疗部件的共同激光焊接应用包括气密密封可植入装置，将末端执行器工具连接到管体，以及用于球囊或支架放置的点焊接导管线圈。

摩擦焊接

当它在20世纪60年代被商业化时，摩擦焊接主要由汽车和航空航天制造商使用，以焊接大型零件，如卡车轴，传动部件和喷气发动机压缩机转子。供应商能够缩小其设备，以便小部件的摩擦焊接更具成本效益。

有两种类型的摩擦焊接：线性和旋转，惯性和直接驱动是后者的变体。在旋转焊接中，一个金属部件在压力下旋转固定部件。两部分之间的摩擦（具有相同或不同的直径）去除表面氧化物并将关节区中的金属加热到塑料状态。

当零件开始变形时，金属相互混合并结合在一起。旋转停止并施加额外的轴向力，产生覆盖整个接合界面的密封焊缝。在线性摩擦焊接中，运动件不是旋转而是直线振动。

对于惯性焊接，旋转部分被夹紧到飞轮以预先计算的速度旋转以存储焊接所需的能量。然后从机器的电机脱离飞轮。零件在轴向压力下聚集在一起，并且旋转自然地停止，因为飞轮耗散的能量。

旋转部分直接夹在电机上进行直接驱动焊接。当零件在轴向压力下聚集在一起时，接头处的金属达到塑性温度。停止电机，施加锻造压力。

Daniel C.亚当斯制造业科技有限公司首席技术官表示，摩擦焊接的主要优点是它不需要填料金属，加入类似和不同的金属，并且是高度可重复的。该过程可以加入大多数钢（通过硬化，碳，不锈钢，工具）和有色金属（铜，铝，镍合金，钛），但不是铸铁。

旋转摩擦焊接的主要缺点是至少有一个零件是圆的。这个过程也会在关节周围留下闪光，可以在机器中直接剪切或关闭。

亚当斯说，制造商使用他的旋转摩擦焊接设备来焊接小到直径4毫米的部件。一辆汽车的Tier 1摩擦焊接一个手掌大小的英科镍铁合金叶轮到一个4英寸长的软钢轴。另一个Tier 1使用完全自动化的过程，摩擦焊接气囊充气压力容器到歧管帽。

制造技术采用多种尺寸的摩擦焊接机。Adams表示，型号40惯性摩擦焊接系统，适用于500磅的压力，最适合小金属部件。一个航空航天供应商定期使用该系统焊接双金属飞机铆钉。铆钉头（固定部件）由高等级的钛制成，铆钉轴（旋转部件）具有较低的等级。

微焊接

可以使用高功率显微镜（10x至超过20倍）在微观水平上进行激光和TIG焊接。据菲尔，微激光焊接变得越来越受欢迎，而微型虎队正在下降，因为它在焊缝附近产生了更大的危险。

微型激光焊接，像标准工艺一样，是计算机控制的。但是，它只使用光纤激光器。除了焊接小零件，微激光工艺可以进行圆柱形焊接和制造管状组件。

菲尔最近的近期微激光焊接项目更具挑战性，要求他焊接0.01英寸宽的不锈钢线至0.03英寸宽的稀土磁铁。他还将0.0004英寸的电线焊接在一起，并教授五轴机器人来重复焊接微小医疗部分的许多原型。

与传统的TIG焊接一样，微型TIG要求将电流施加到电弧间隙点处的零件。在那里，建立熔池，并将填充棒引入游泳池中。但是，与传统的TIG不同，微虎在非常低的电压（小于10安培）的情况下，具有对电流范围的微量控制。

“微焊接有一个截止日期，但不是设定的时间限制”，“菲尔特结束。“每个申请都不同。这可能需要几秒钟，或多天几个小时。“