[科普中国]-超声波焊接-

简介

超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。

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。

线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。

轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在10英寸以内的工件可以应用轨道式振动摩擦进行焊接。

焊接原理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

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，将线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。

焊接种类1、超声波焊接 ultrasonic welding

热塑性塑料在超声波振动作用下，由于表面分子间摩擦生热而使两块塑料熔接在一起的焊接方法。

热塑性塑料焊接注意事项：

A.舌榫的设计保证在焊接周期中对位方便。
B.焊线设计纤细，但必须有足够的可熔化材料令焊接面熔合。具体设计方式要视乎应用在焊接何种工件设备中。焊接压力、震幅等参数可调，保证焊头能接触到焊接面并施压，下工件为接受压力部份，置于底模中不动。焊头因产生超声波高频，令上工件生热震动，因而能与下工件熔合，焊头停止震动后，压力保持,令熔解位置冷却成型。整个焊接时间大多为少于一秒。

**2、**超声波金属焊接

超声波金属焊接的优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。

超声波金属焊接是一种机械处理过程，在焊接过程中，并无电流在被焊件中流过，也无诸如电焊模式的焊弧产生，由于超声焊接不存在热传导与电阻率等问题，因此对于有色金属材料来说，无疑是一种理想的金属焊接设备系统，对于不同厚度的片材，能有效地进行焊接。

熔焊方法超音波的熔焊应用方法

一、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。

二、铆焊法：将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。

三、埋植：借着焊头的传道及适当的压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留塑胶孔内，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的强度，可免除射出模受损及射出缓慢的缺点。

四、成型：本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压在塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶熔融成型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、喇叭的固定成型，及化妆品类的镜片固定等。

五、点焊： A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。 B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。

六、切割封口：运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。

焊接优点1、超声波塑料焊接优点：焊接速度快，焊接强度高、密封性好；

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；

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。

2、超声波金属焊接优点： 1）、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。2）、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。3）、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。4）、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。5）、焊接无火花，环保安全。

适用产品

1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。3）、电线互熔，偏结成一条与多条互熔。4）、电线与各种电子元件、接点、连接器互熔。5）、各种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。7）、金属管的封尾、切断防水、气密。

缺点(1)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。

(2)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。

(3)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1。

应用前景针对所有的应用市场，超音波焊接其特有的优点--快捷、高效、清洁和牢固，赢得了各行各业的认可。

一、汽车：（交通业）超音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。随着高等级道路的发展，反光片也越来越多的采用超声波焊接。

二、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、减蚊灯壳、洗衣机脱水槽等需要密封、牢固和美观的家电产品。

三、包装：软管的封口，特殊打包带的连接。

四、玩具业：由于采用了超音波技术使产品清洁、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。

五、电子：运用自动化方案设计使用户达到规模化生产，同时确保产品之品质需求。