【技术干货】超声波焊接工艺

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超声波焊接简介

超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器、换能器、变幅杆、焊头三联组、模具和机架。

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超声波焊接原理

1）超声波塑料焊接原理：超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。

又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。

超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。

这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。

2）超声波金属焊接原理：超声波金属焊接原理是利用超声频率（超过16KHz ）的机械振动能量，连接同种金属或异种金属的一种特殊方法．金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，将框框振动能量转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。

接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接．因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。超声金属焊机能对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行单点焊接、多点焊接和短条状焊接。可广泛应用于可控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片、极耳的焊接。

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超声波焊接工艺

1）熔接法：以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生摩擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。

2）成型：本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。

3）埋植：借着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。

4）铆焊：铆焊法指的是振动的焊头压制物品的突起处使其热熔为铆钉状，从而使两物体机械铆合。

5）点焊：点焊指的是对于焊线不易设计的物体进行分点焊接，同样可达到熔接效果。

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超声波焊接适用材料

1.超声波焊接适合所有热塑性塑料，非结晶塑料如ABS,PMMA,PC,PS;半结晶塑料如PA,PET,CA,POM,PE和PP。

2.超声波焊接也适合非纺织布料，如热塑性织物，聚合材料，铜版纸和混合织物。

3.柔性材料：指软质、低弹性模量材料。

4.刚性材料：指高弹性模量和低机械振动阻尼因子材料,例如聚苯乙烯( PS)、聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA)、聚酰胺( PA)。

5.所有的高分子薄膜、分子合成纤维、由薄膜和纤维组成的布。

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超声波焊接熔接口设计

超声波焊接一般都要求熔接口要小，接触面要统一。接口设计取决于焊接的材料，焊件的形状以及焊件要求等因素。

通常连接的三角形状部分会聚集超声能量，并快速融化形成焊接面。由左向右分别为对接接头、阶梯型和榫槽型。

剪切型适用于需要密封或者塑料在很窄的温度区间内快速从固态变成熔融状态的场合。

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超声波焊接的特点

超声波的应用范围比较广，节能环保且精度高。

1）超声波金属焊接优点：

a、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。

b、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。

c、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。

d、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。

e、焊接无火花，环保安全。

2）超声波塑料焊接优点：

a、焊接速度快，焊接强度高、密封性好；

b、取代传统的焊接/粘接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件；

c、焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护

3）超声波焊接的缺点：

a、当焊接工件的厚度及硬度提高时，焊接所需功率呈指数增大，因而增加了超声波焊机的制造成本。当所需功率过大时，声学系统的设计制造和工艺效果都会产生一系列较难解决的问题，因此，当前主要限于丝、箔、片等较细较薄的工件焊接；

b、当前超声波焊接系统的接头形式仅限于搭接，且受工具头的限制，工件只能在焊接系统允许的尺寸范围内伸入，焊接的接头形式和尺寸范围局限性较大；

c、当前对于超声波焊接的质量检测较为困难，一般的检测方法难以在生产过程中进行实时监控，无损检测的方法尚未达到普及状态。

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超声波焊接的应用

1）汽车：超声波可通过计算机程序控制来实施对大件和不规则工件的焊接如：保险杠、前后门、灯具、刹车灯等。

2）家电：通过适当的调整可用于：手提日光灯罩，蒸气熨门、电视机外壳、收录、音机透明面板、电源整流器、电视机壳螺丝固定座、洗衣机脱水槽等需要密封、牢固和美观的家电产品。

3）包装：软管的封口，特殊打包带的连接。

4）玩具业：由于采用了超声波技术使产品清洁、高效、牢固，免除使用螺丝、粘合剂、胶水或其他辅助品，降低了生产成本，使企业在市场的竞争力大大增强。

5）电器工程：插头、电线插头、接触簧片、插座、电线卷轴、线轴、接触件、荧光管盒、电动熔断器、继电开关、插头注塑件、印刷电路板、保险丝盒等。

6）其他商业用途：从通讯器材，电脑行业、打印设备到音像制品等，均可采用超声波设备。