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超聲波焊接工藝全面解析「附視頻」

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年08月12日 11:06

一、超聲波焊接的原理

超聲波焊接是通過高頻振動波的傳遞，將能量作用于待焊接的兩個物體表面。在施加壓力的同時，這些高頻振動波會使兩個物體的表面產(chǎn)生摩擦，進而促使分子層之間的熔合。

超聲波焊接系統(tǒng)的主要構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、模具以及機架等核心組件。

超聲波焊接系統(tǒng)通過一系列轉換，將50/60赫茲的電流高效轉化為15、20、30或40 KHz的高頻電能。這些電能經(jīng)過換能器的進一步轉換，變?yōu)闄C械運動，并通過變幅桿裝置傳遞至焊頭。焊頭將機械振動能量集中作用于待焊接工件的接合部，通過摩擦將振動能量高效轉化為熱能，從而熔化需要焊接的部件區(qū)域。這一技術不僅適用于金屬和硬熱塑性塑料的焊接，還可用于織物和薄膜的加工。本文將重點探討金屬和塑料的焊接工藝。
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（超過16KHz）機械振動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，金屬工件不會接受電流或高溫熱源，而是在靜壓力作用下，將振動能量轉化為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升。這種冶金結合方式是在母材不熔化的情況下實現(xiàn)的固態(tài)焊接，從而有效避免了電阻焊接時的飛濺和氧化問題。超聲金屬焊機可對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行單點、多點及短條狀焊接，廣泛應用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片及極耳的焊接。

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超聲波金屬焊接的獨特之處

超聲波金屬焊接，以其獨特的焊接原理，在金屬加工領域占據(jù)了一席之地。它利用超過16KHz的超聲頻率，通過機械振動能量將同種或異種金屬連接在一起。在焊接過程中，金屬工件無需承受電流或高溫，而是在靜壓力的作用下，將振動能量轉化為摩擦功、形變能及有限的溫升。這種焊接方式實現(xiàn)了固態(tài)冶金結合，確保了母材不熔化，從而有效避免了電阻焊接時可能出現(xiàn)的飛濺和氧化問題。此外，超聲金屬焊機還能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行高效、精準的單點、多點及短條狀焊接，廣泛應用于多個行業(yè)，如可控硅引線、熔斷器片、電器引線以及鋰電池極片等的制造。

二、2）超聲波塑料焊接的原理

當超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產(chǎn)生每秒數(shù)萬次的高頻振動。這種高頻振動通過上焊件傳遞到焊區(qū)，由于焊區(qū)聲阻大，因此會產(chǎn)生局部高溫。由于塑料的導熱性較差，高溫難以迅速散發(fā)，從而在焊區(qū)聚集，導致兩個塑料接觸面迅速熔化。在施加一定壓力后，這兩個熔化的塑料面會融合成一體。當超聲波停止作用時，保持壓力幾秒鐘，使熔融的塑料凝固成型，從而形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的。焊接強度可接近原材料強度。

超聲波塑料焊接的效果受到多個因素的影響，包括換能器焊頭的振幅、施加的壓力以及焊接時間。其中，焊接時間和焊頭壓力是可以調節(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相互作用的適宜值。當能量超過適宜值時，塑料的熔解量會增加，可能導致焊接物變形；若能量過小，則可能無法牢固焊接。此外，施加的壓力也不能過大，最佳壓力通常與焊接部分的邊長和邊緣每1mm的最佳壓力之積相關。

三、超聲波塑料焊接的應用方法

超聲波塑料焊接是一種高效且精確的連接技術，廣泛應用于多個行業(yè)。其應用方法主要包括以下幾個方面：首先，根據(jù)待焊接塑料的類型和厚度，選擇合適的超聲波焊接機；其次，調整焊接參數(shù)，如振幅、壓力和焊接時間，以達到理想的焊接效果；然后，將待焊接的塑料件置于焊接機的工作臺上，進行定位和夾緊；最后，啟動焊接機，進行超聲波熔焊。在焊接過程中，需密切關注塑料件的熔化情況和焊接質量，確保焊接的牢固性和美觀性。
）熔接法：

通過超音波的高頻振動，焊頭在適當壓力下使兩塊塑料的接合面產(chǎn)生摩擦熱，從而實現(xiàn)瞬間熔融與接合。這種焊接方法的強度可與塑料本體相媲美，并且通過合理的工件設計和接口構造，可以達到防水、防氣的密封效果。此外，它還避免了使用輔助品的不便，實現(xiàn)了高效且清潔的熔接過程。
2）埋植法：
通過焊頭的傳導作用和適當?shù)膲毫Γ饘倭慵ɡ缏菽?、螺桿等）能夠瞬間被擠入塑料孔內(nèi)，并固定在特定深度。這種方法在完成后，無論是在拉力還是扭力方面，其強度都能與傳統(tǒng)模具內(nèi)成型的零件相媲美。同時，它還避免了射出?？赡茉馐艿膿p傷以及射出速度緩慢的問題。

埋植法通過焊頭的傳導與適宜壓力，使金屬零件如螺母、螺桿等能迅速擠入塑料孔中，并精準固定在預定深度。此法不僅在拉力與扭力強度上可與傳統(tǒng)模具相媲美，更避免了射出?？赡茉馐艿膿p害及射出速度過慢的弊端。
3）鉚焊技術：
鉚焊法涉及使用振動的焊頭來壓制物品的突起部分，使其熱熔并形成鉚釘狀結構。這一過程實現(xiàn)了兩個物體之間的機械鉚合。

鉚焊技術是一種通過振動焊頭來壓制物品突起部分，使其熱熔并形成鉚釘狀結構的工藝方法。這一技術實現(xiàn)了兩個物體之間的牢固機械鉚合。
4）點焊
點焊是一種針對焊線設計困難的物體所采用的焊接方法，通過在物體上選擇若干個點進行焊接，同樣能夠實現(xiàn)熔接的效果。

）點焊的應用
對于那些焊線設計具有挑戰(zhàn)性的物體，點焊方法展現(xiàn)出其獨特優(yōu)勢。通過在物體上精心選取若干個點進行焊接，同樣可以達到熔接的目的，從而確保焊接的質量和效率。
5）成型工藝
與鉚焊法相仿，成型工藝通過將凹狀焊頭壓在塑膠品外圈，利用焊頭發(fā)出的超音波超高頻振動，將塑膠熔融并包覆在金屬物件上，從而實現(xiàn)固定效果。這一過程不僅確保了固定的穩(wěn)固性，還使得外觀光滑且美觀。該工藝在電子類產(chǎn)品的固定成形，如喇叭的固定，以及化妝品類產(chǎn)品的鏡片固定等方面有著廣泛的應用。

四、成型工藝的優(yōu)點

成型工藝相較于傳統(tǒng)的鉚焊法，具有顯著的優(yōu)越性。它通過凹狀焊頭對塑膠品外圈的壓緊，以及焊頭發(fā)出的超音波超高頻振動，能夠高效地將塑膠熔融并均勻地包覆在金屬物件上，從而實現(xiàn)穩(wěn)固的固定效果。這一工藝不僅提升了固定的穩(wěn)定性，更使得產(chǎn)品外觀呈現(xiàn)出光滑且美觀的特性。因此，在電子類產(chǎn)品如喇叭的固定，以及化妝品類產(chǎn)品如鏡片的固定等方面，成型工藝都展現(xiàn)出了廣泛的應用前景。
）超聲波金屬焊接的諸多優(yōu)點包括：
a、在焊接過程中，金屬材料不會熔融，從而保持其原有的金屬特性，不致變得脆弱。
b、焊接完成后，產(chǎn)品的導電性能優(yōu)異，電阻系數(shù)極低，甚至近乎為零。
c、該焊接工藝對金屬表面的處理要求不高，無論是氧化還是電鍍的金屬表面都可以進行焊接。
d、焊接時間短暫，且整個過程無需使用助焊劑、氣體或焊料，簡化了操作流程。
e、焊接時無火花產(chǎn)生，確保了環(huán)保與安全。
）超聲波塑料焊接的顯著優(yōu)勢有：
a、其焊接速度迅捷，且焊接強度高、密封性能優(yōu)越。
b、這一工藝不僅成本低廉，更替了傳統(tǒng)的焊接或粘接方式，而且清潔無污染，不會對工件造成損傷。
c、在焊接過程中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以確保，所有相關參數(shù)均可通過軟件進行實時監(jiān)控。如此，一旦發(fā)現(xiàn)任何故障，便能迅速進行排除與維護。

五、超聲波塑料焊接的適用范圍

超聲波塑料焊接技術廣泛應用于多個領域，包括汽車制造、醫(yī)療器械、電子設備等。其獨特的焊接方式和優(yōu)越的性能，使得它成為這些行業(yè)中不可或缺的一部分。無論是金屬與塑料的連接，還是塑料與塑料的融合，超聲波塑料焊接都能輕松應對，確保高效、高質量的焊接結果。
）、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制造過程中，銅箔與鎳片、鋁箔與鋁片的互熔需求。
）、電線互熔，包括單條電線與多條電線的融合。
）、電線與各類電子元件、接點、連接器的焊接。
）、家電及汽車用品中，大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔工藝。
6）、電磁開關、無熔絲開關等大電流接點，涉及異種金屬片的互熔技術。
7）、金屬管封尾、切斷工藝，確保水、氣密性。

六、應用前景

超音波焊接技術，以其獨特的優(yōu)勢，在各個行業(yè)中得到了廣泛的認可。其特點包括快速、高效、環(huán)保以及連接的牢固性，使得它在眾多應用領域中脫穎而出。
）汽車行業(yè)：超音波焊接技術在汽車制造中發(fā)揮著關鍵作用，特別是對于大件和不規(guī)則工件的焊接，如保險杠、前后門、燈具和剎車燈等，都可以通過計算機程序進行精準控制。此外，隨著高等級公路的普及，反光片的超音波焊接需求也在不斷增加。新能源汽車行業(yè)的崛起，更是讓超音波焊接技術在電池等領域得到了廣泛應用。

）家電領域：超音波焊接技術在家電產(chǎn)品制造中同樣發(fā)揮著重要作用。通過合理調整，該技術可用于制造手提日光燈罩、蒸氣熨門、電視機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)：超音波焊接技術還廣泛應用于軟管封口和特殊打包帶的連接，確保包裝的密封性和牢固性。

9、玩具制造：超音波技術的應用使得玩具產(chǎn)品更加清潔、高效和牢固，無需使用螺絲、粘合劑等輔助品，從而降低了生產(chǎn)成本，提高了市場競爭力。

10、電子行業(yè)：超音波焊接技術結合自動化方案設計，使電子產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)成為可能，同時滿足了產(chǎn)品品質的需求。

11、其他商業(yè)用途：從通訊器材到電腦、打印設備，再到音像制品等眾多領域，超音波焊接技術都帶來了簡捷、清潔和高效的生產(chǎn)方式，為客戶帶來了更多的商業(yè)機會。