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科普中國(guó)：全面了解超聲波焊接技術(shù)

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2025年08月12日 11:06

一、超聲波焊接的原理

超聲波焊接，一種通過高頻振動(dòng)波傳遞至待焊接物體的表面，實(shí)現(xiàn)物體間分子層熔合的技術(shù)。在加壓條件下，這些振動(dòng)波使物體表面相互摩擦，從而引發(fā)分子間的熔合。

超聲波焊接系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分涵蓋了超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、焊頭三聯(lián)組、模具以及穩(wěn)固的機(jī)架。這些組件協(xié)同工作，確保超聲波焊接過程的順利進(jìn)行。

超聲波焊接技術(shù)涉及將50/60赫茲的電流通過超聲波發(fā)生器轉(zhuǎn)換為15、20、30或40 KHz的高頻電能。這些高頻電能經(jīng)過換能器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，并通過變幅桿裝置傳遞至焊頭。焊頭將接收到的機(jī)械振動(dòng)能量施加于待焊接工件的結(jié)合部，此處振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而熔化需要焊接的部件。此外，超聲波技術(shù)不僅適用于金屬和硬熱塑性塑料的焊接，還可用于加工織物和薄膜等材料。本文將重點(diǎn)介紹金屬和塑料的焊接方法。
1）超聲波金屬焊接原理
超聲波金屬焊接，一種利用超聲頻率（高于16KHz）機(jī)械振動(dòng)能量的特殊焊接方法，適用于連接同種或異種金屬。在焊接過程中，金屬工件不會(huì)接受電流或高溫?zé)嵩?，而是在靜壓力作用下，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為工件間的摩擦、形變及有限溫升。這種冶金結(jié)合方式在母材不熔化的情況下實(shí)現(xiàn)固態(tài)焊接，從而有效避免了電阻焊接時(shí)的飛濺和氧化問題。超聲金屬焊機(jī)可對(duì)銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片進(jìn)行單點(diǎn)、多點(diǎn)及短條狀焊接，廣泛應(yīng)用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片及極耳的焊接。

2）超聲波塑料焊接原理
當(dāng)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒數(shù)萬次的高頻振動(dòng)。這種高頻振動(dòng)，通過上焊件，將超聲能量傳遞到焊區(qū)。由于焊區(qū)的聲阻較大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。由于塑料的導(dǎo)熱性較差，高溫難以迅速散發(fā)，從而聚集在焊區(qū)，使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化。在施加一定的壓力后，這兩個(gè)熔化的塑料接觸面會(huì)融合為一體。當(dāng)超聲波停止作用后，保持壓力幾秒鐘，使熔融的塑料凝固成型，從而形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的。焊接的強(qiáng)度可以接近原材料的強(qiáng)度。

超聲波塑料焊接的效果受到多個(gè)因素的影響，包括換能器焊頭的振幅、施加的壓力以及焊接時(shí)間。其中，焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的，而振幅則由換能器和變幅桿決定。這些因素之間存在一個(gè)適宜的平衡點(diǎn)。當(dāng)能量超過適宜值時(shí)，塑料的熔解量會(huì)增加，可能導(dǎo)致焊接物變形；若能量過小，則可能無法牢固焊接。同時(shí)，施加的壓力也不能過大，最佳壓力通常為焊接部分邊長(zhǎng)與邊緣每1mm的最佳壓力之積。

二、超聲波熔焊的應(yīng)用方法

超聲波熔焊是一種高效的塑料焊接技術(shù)，其應(yīng)用廣泛。在具體應(yīng)用中，需要掌握適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒ê蛥?shù)設(shè)置。通過調(diào)整超聲波的振幅、施加的壓力以及焊接時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同塑料材料的有效焊接。同時(shí)，還需要注意保持適宜的平衡點(diǎn)，以避免能量過大或過小導(dǎo)致的問題。最佳的壓力設(shè)置通常與焊接部分的尺寸有關(guān)，需要仔細(xì)調(diào)整以確保焊接質(zhì)量。
）熔接法：

通過超音波的高頻振動(dòng)，焊頭在適當(dāng)壓力下使兩塊塑料的接觸面產(chǎn)生摩擦熱，從而實(shí)現(xiàn)瞬間的熔融連接。這種焊接方式的強(qiáng)度可與塑料本體相媲美，且只需采用合適的工件和合理的接口設(shè)計(jì)，便能達(dá)到水密和氣密的標(biāo)準(zhǔn)。此外，它還免除了使用輔助品的需要，從而實(shí)現(xiàn)了高效且清潔的熔接過程。
）埋植法：

通過焊頭的傳導(dǎo)作用和適當(dāng)?shù)膲毫?，金屬零件（如螺母、螺桿等）能瞬間被擠入預(yù)先在塑料中開設(shè)的孔洞內(nèi)，并固定在特定深度。完成后的連接強(qiáng)度，無論在拉力還是扭力方面，均可與傳統(tǒng)模具內(nèi)成型的零件相媲美。這種方法不僅簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過程，還避免了射出模受損及射出速度緩慢的問題。

3）鉚焊法：

通過振動(dòng)焊頭的壓制作用，物品的突起部分被熱熔成鉚釘狀，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩物體的機(jī)械鉚合。

4）點(diǎn)焊技術(shù)

點(diǎn)焊是一種針對(duì)焊線設(shè)計(jì)困難的物體的焊接方法，通過在物體上選取若干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行焊接，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)熔接的效果。

5）成型工藝

成型工藝與鉚焊法有相似之處，其中凹狀的焊頭被壓在塑膠品的邊緣，當(dāng)焊頭發(fā)出超音波的超高頻振動(dòng)時(shí)，塑膠會(huì)因此溶融并成形，進(jìn)而包覆在金屬物件上，實(shí)現(xiàn)牢固固定。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于其外觀光滑且美觀，常被應(yīng)用于電子類產(chǎn)品、喇叭的固定成形，以及化妝品類產(chǎn)品的鏡片固定等方面。

三、成型工藝的優(yōu)點(diǎn)

成型工藝在電子、機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，它能夠生產(chǎn)出外觀光滑且美觀的產(chǎn)品，滿足人們對(duì)產(chǎn)品外觀的高要求。其次，該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)牢固固定，確保產(chǎn)品在使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。此外，成型工藝還具有生產(chǎn)效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，使得它在市場(chǎng)上具有很高的競(jìng)爭(zhēng)力。
）超聲波金屬焊接的諸多優(yōu)勢(shì)：
a、此焊接方法不會(huì)熔融焊接材料，從而保持了金屬的堅(jiān)固特性。
b、焊接完成后，產(chǎn)品的導(dǎo)電性能優(yōu)異，電阻系數(shù)極低，甚至接近零。
c、該工藝對(duì)金屬表面的處理要求不高，無論是氧化還是電鍍的金屬均可進(jìn)行焊接。
d、操作簡(jiǎn)便快捷，整個(gè)焊接過程僅需短暫時(shí)間，且無需使用助焊劑、氣體或焊料。
e、焊接過程中無火花產(chǎn)生，確保了環(huán)保與安全。
）超聲波塑料焊接的顯著優(yōu)點(diǎn)：
a、其焊接速度迅速，且焊接強(qiáng)度高，密封性能優(yōu)異。
b、此工藝不僅成本低廉，還能替代傳統(tǒng)的焊接或粘接方法，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，無污染且不會(huì)損害工件。
c、在焊接過程中，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，所有關(guān)鍵參數(shù)均可通過軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，進(jìn)行維護(hù)。

四、超聲波塑料焊接的適用范圍

超聲波塑料焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，適用于各種塑料制品的焊接需求。其高效、環(huán)保的特性使得它在塑料加工領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。無論是日常生活用品，還是工業(yè)生產(chǎn)中的零部件，都可以通過超聲波塑料焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的連接。
）、鎳氫電池中，鎳網(wǎng)與鎳片的互熔連接。
）、鋰電池及聚合物電池生產(chǎn)中，銅箔與鎳片、鋁箔與鋁片的互熔需求。
）、電線互熔，支持單條與多條電線的互熔連接。
）、電線與各類電子元件、接點(diǎn)、連接器的互熔焊接。
）、家電用品、汽車用品等領(lǐng)域的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔連接。
6）、電磁開關(guān)、無熔絲開關(guān)等大電流接點(diǎn)，異種金屬片的互熔需求。
7）、金屬管封尾、切斷的水、氣密性連接。

五、應(yīng)用前景

超音波焊接技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，包括快捷、高效、清潔和牢固的焊接效果，因此贏得了廣泛行業(yè)的青睞和認(rèn)可。
）汽車行業(yè)：超音波焊接技術(shù)在汽車制造中發(fā)揮著重要作用，能夠通過計(jì)算機(jī)程序精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)大件和不規(guī)則工件的焊接，例如保險(xiǎn)杠、前后門、燈具以及剎車燈等。此外，隨著高等級(jí)公路的普及，反光片的超音波焊接需求也在不斷增長(zhǎng)。新能源汽車行業(yè)的崛起，更是將超音波焊接技術(shù)推向了新的應(yīng)用高峰，特別是在電池領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

）家電行業(yè)：超音波焊接技術(shù)在家電領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。通過合理調(diào)整，該技術(shù)可用于制造手提日光燈罩、蒸氣熨門、電視機(jī)外殼等眾多需要密封、牢固和美觀的家電產(chǎn)品。

8、包裝行業(yè)：超音波技術(shù)也廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)，如軟管封口和特殊打包帶的連接，確保了包裝的完整性和美觀度。

9、玩具行業(yè)：超音波技術(shù)的應(yīng)用使得玩具產(chǎn)品更加清潔、高效和牢固，無需使用螺絲、粘合劑等輔助品，降低了生產(chǎn)成本，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

10、電子行業(yè)：超音波技術(shù)結(jié)合自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)，使電子產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)成為可能，同時(shí)滿足了產(chǎn)品品質(zhì)的嚴(yán)格需求。

11、其他商業(yè)用途：從通訊器材到電腦行業(yè)，再到打印設(shè)備和音像制品等眾多領(lǐng)域，超音波技術(shù)都帶來了簡(jiǎn)捷、清潔和高效的生產(chǎn)方式，為客戶帶來了更多的商業(yè)機(jī)會(huì)。

材料科學(xué)與工程
超音波焊接技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，包括汽車制造、家電生產(chǎn)、包裝行業(yè)、玩具制造以及電子產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)等。其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在于能夠通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)大件和不規(guī)則工件的高效焊接，同時(shí)確保產(chǎn)品的密封性、牢固度和美觀度。隨著科技的不斷進(jìn)步，超音波焊接技術(shù)正日益成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分。
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