首頁資訊超聲波焊接工藝的多樣應(yīng)用與原理詳解

超聲波焊接工藝的多樣應(yīng)用與原理詳解

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

超聲波焊接，一種高科技工藝，通過高頻振動(dòng)波的傳遞，使兩個(gè)待焊接物體表面在加壓狀態(tài)下相互摩擦，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)分子層之間的熔合。其工作原理簡(jiǎn)單而高效，利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)將振動(dòng)波傳遞到需焊接的表面，從而實(shí)現(xiàn)精確而可靠的焊接效果。這種工藝不僅適用于熱溶性塑料制品，還可廣泛應(yīng)用于汽車業(yè)、玩具業(yè)、醫(yī)療用品業(yè)以及日用品業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域，成為提升生產(chǎn)效率、降低成本以及提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

超聲波焊接技術(shù)，其核心在于超聲波發(fā)生器，它能將50/60赫茲的電流高效轉(zhuǎn)換為30或40 KHz的高頻電能。這些電能經(jīng)過換能器的轉(zhuǎn)換，成為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，再通過變幅桿裝置進(jìn)一步傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量精準(zhǔn)地施加到待焊接工件的接合部，利用摩擦方式將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而熔化塑料。此外，超聲波焊接技術(shù)不僅適用于硬熱塑性塑料的焊接，還可用于加工織物和薄膜。

超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器、換能器/變幅桿/焊頭三聯(lián)組、模具和機(jī)架。而線性振動(dòng)摩擦焊接則是一種通過摩擦熱能來熔化塑料的方法，其關(guān)鍵在于兩個(gè)待焊工件在接觸面產(chǎn)生的摩擦熱能。當(dāng)達(dá)到預(yù)期的焊接程度后，振動(dòng)會(huì)停止，同時(shí)保持一定的壓力，使焊接部分冷卻固化，形成緊密結(jié)合。

此外，還有軌道式振動(dòng)摩擦焊接方法，它利用上部的工件進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱能來熔化塑料。這種方法適用于直徑在10英寸以內(nèi)的工件，且小的夾持力可確保工件變形最小。

總的來說，超聲波焊接的原理在于利用換能器系統(tǒng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻機(jī)械振動(dòng)，通過高速熱摩擦使塑膠熔合。這種技術(shù)可分為直接熔接和傳導(dǎo)熔接兩種方法，前者是讓能量轉(zhuǎn)換器直接產(chǎn)生音波振動(dòng)效能而熔接，后者則是通過音波振動(dòng)的傳導(dǎo)來進(jìn)行熔接。

超聲波塑料焊接機(jī)是利用超聲波作用于熱塑性塑料接觸面，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送到焊區(qū)，由于焊區(qū)聲阻大，產(chǎn)生局部高溫。由于塑料導(dǎo)熱性差，高溫聚集在焊區(qū)，使兩個(gè)塑料接觸面迅速熔化。在施加一定壓力后，使熔化的塑料融合成一體。停止超聲波作用后，保持壓力幾秒鐘，使焊接部分凝固成型，從而形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接目的。焊接強(qiáng)度可接近原材料強(qiáng)度。

超聲波塑料焊接的質(zhì)量受到換能器、焊頭振幅、施加壓力和焊接時(shí)間等多個(gè)因素的影響。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共同決定。這些因素之間存在一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，能量超過或不足都會(huì)影響焊接質(zhì)量。

此外，超聲波金屬焊接也是一種特殊的焊接方法，它利用超聲頻率的機(jī)械振動(dòng)能量來連接同種或異種金屬。在焊接過程中，金屬工件間不施加電流或高溫?zé)嵩?，僅通過靜壓力和線框振動(dòng)能量實(shí)現(xiàn)工件間的摩擦、形變和有限溫升。這種焊接方法稱為固態(tài)焊接，可有效避免電阻焊接時(shí)的飛濺和氧化問題。超聲金屬焊機(jī)適用于銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料的單點(diǎn)、多點(diǎn)和短條狀焊接。
B. 焊線設(shè)計(jì)需纖細(xì)，但需確保有充足的可熔化材料以實(shí)現(xiàn)焊接面的完美熔合。設(shè)計(jì)方式會(huì)依據(jù)具體應(yīng)用的工件設(shè)備而有所不同。焊接過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如壓力和震幅，均可進(jìn)行靈活調(diào)整，以確保焊頭能有效地接觸到焊接面并施加壓力。下工件作為承受壓力的部分，通常置于底模中保持不動(dòng)。而焊頭則通過產(chǎn)生超聲波高頻振動(dòng)，使上工件受熱震動(dòng)并與下工件熔合。一旦焊頭停止震動(dòng)，壓力將保持不變，使熔解位置得以冷卻成型。整個(gè)焊接過程通常在短短一秒內(nèi)完成。

優(yōu)點(diǎn)：

高效的焊接速度與強(qiáng)度，以及出色的密封性；相較于傳統(tǒng)的焊接或粘接工藝，成本更低、更環(huán)保且無損工件；穩(wěn)定的焊接過程，所有參數(shù)均可通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與維護(hù)。

超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接的優(yōu)點(diǎn)包括快速、節(jié)能、高熔合強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性、無火花產(chǎn)生以及接近冷態(tài)的加工方式。然而，它也有一些限制，例如所焊接的金屬件不能太厚（通常小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位置需精確控制以及需要施加一定的壓力。這種焊接方法是一種機(jī)械處理過程，無需電流通過被焊件，也避免了諸如電焊模式的焊弧產(chǎn)生。因此，對(duì)于有色金屬材料來說，它是一種理想的金屬焊接設(shè)備系統(tǒng)，能夠有效地焊接不同厚度的片材。

優(yōu)點(diǎn)：

金屬材料不熔融，保持其原有特性；焊接后導(dǎo)電性能優(yōu)異，電阻系數(shù)極低；對(duì)金屬表面的要求較低，無論是氧化還是電鍍的金屬均可進(jìn)行焊接；簡(jiǎn)短的焊接時(shí)間，無需使用助焊劑、氣體或焊料；環(huán)保安全，無火花產(chǎn)生。

超聲波的熔焊應(yīng)用方法：

熔接法：通過超聲波的高頻振動(dòng)，使兩塊塑料的接合面產(chǎn)生摩擦熱并瞬間熔融接合。采用合適的工件和合理的接口設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)水密和氣密性的焊接，同時(shí)避免使用輔助品的繁瑣。鉚焊法：利用超聲波的高頻振動(dòng)，將塑料品突出的部分瞬間加熱并形成鉚釘形狀，從而實(shí)現(xiàn)不同材質(zhì)材料的機(jī)械鉚合。
埋植技術(shù)：通過焊頭的傳導(dǎo)與適當(dāng)壓力，瞬間將金屬零件（如螺母、螺桿等）擠入預(yù)留的塑膠孔內(nèi)，固定至特定深度。此方法形成的拉力與扭力，可與傳統(tǒng)模具內(nèi)成型的強(qiáng)度相媲美，有效避免射出模受損及射出緩慢的問題。

成型工藝：類似于鉚焊法，將凹狀焊頭壓在塑膠品外圈。焊頭發(fā)出的超聲波超高頻振動(dòng)熔融塑膠，使其包覆于金屬物件上實(shí)現(xiàn)固定，外觀光滑美觀。此方法適用于電子類、喇叭的固定成型，以及化妝品類的鏡片固定等。

點(diǎn)焊技術(shù)：無需預(yù)先設(shè)計(jì)焊線，即可將兩片塑膠分點(diǎn)熔接，適用于大型工件或不易設(shè)計(jì)焊線的工件。同時(shí)，可進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)點(diǎn)焊。

切割封口：利用超聲波瞬間發(fā)振，對(duì)化纖織物進(jìn)行切割，切口光潔不開裂、不拉絲。

適用產(chǎn)品廣泛：包括鎳氫電池的鎳網(wǎng)與鎳片互熔、鋰電池及聚合物電池的銅箔與鎳片互熔、鋁箔與鋁片互熔等。此外，還適用于電線互熔、電磁開關(guān)等大電流接點(diǎn)的異種金屬片互熔以及金屬管的封尾、切斷防水等。

然而，超聲波焊接也存在一些缺點(diǎn)。隨著焊接工件厚度及硬度的增加，所需功率呈指數(shù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致制造成本上升。此外，當(dāng)前超聲波焊接系統(tǒng)的接頭形式僅限于搭接，且受工具頭限制，工件尺寸范圍有限。同時(shí)，超聲波焊接的質(zhì)量檢測(cè)也較為困難，一般的檢測(cè)方法難以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程。因此，盡管超聲波焊接具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍需綜合考慮各種因素。
絕大部分常用的注塑成形塑料都適用于超聲波焊接。然而，焊接的難易程度與塑料的多種特性密切相關(guān)。通常，磨擦系數(shù)大、導(dǎo)熱性差的塑料在界面處更易形成熔融層，從而使得超聲焊接更為容易。但值得注意的是，結(jié)晶型塑料由于固態(tài)到熔融狀態(tài)的轉(zhuǎn)變濕度范圍較窄，因此焊接性能往往較差，調(diào)整起來也相對(duì)困難。

在軟性塑料的鉚焊嵌插焊過程中，其超聲焊接性能相較于其他軟性塑料更為容易。接下來，我們將簡(jiǎn)要介紹幾種常見塑料的超聲焊接性能：

1）ABS、HIPS、PMMA、MPPO：這些鋼性非結(jié)晶體材料能夠高效傳導(dǎo)20000HZ的超聲頻率，因此非常適合焊接，無論近距離還是遠(yuǎn)距離都能達(dá)到理想的焊接效果。

2）PC、PSU：這類材料的熔點(diǎn)高且吸濕性強(qiáng)，因此在焊接前需要進(jìn)行烘干處理。否則，材料內(nèi)的濕氣會(huì)影響焊接強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)增加焊接時(shí)的能耗和延長(zhǎng)焊接時(shí)間。

3）PA：作為吸濕性強(qiáng)的結(jié)晶型材料，PA在焊接前必須進(jìn)行烘干處理。

4）PP、PE：這兩種結(jié)晶型材料在超聲傳導(dǎo)時(shí)會(huì)有較大的能量損耗，因此遠(yuǎn)距離焊接會(huì)面臨困難。

5）PVC：這種熔點(diǎn)低且柔軟的材料在焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的超聲能量損耗，容易導(dǎo)致焊件表面燒壞。

超聲波焊接工藝的應(yīng)用廣泛，不僅在醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域有著顯著的用途，更在工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。例如，超聲波清洗、超聲波探傷、超聲波打磨拋光等都是其常見的應(yīng)用場(chǎng)景。而在超聲波熔接方面，更是涵蓋了熔接、埋植、成型、鉚接、點(diǎn)焊、振落以及熔接等多種工藝。

超聲波焊接工藝的廣泛應(yīng)用

為了與大家進(jìn)行更深入的交流與探討，我開設(shè)了知識(shí)星球的創(chuàng)作空間，并承諾會(huì)定期更新內(nèi)容。在這里，我會(huì)針對(duì)大家提出的問題，給予詳盡的解答，并提供全面的技術(shù)解決方案。歡迎各位加入，共同探索超聲波焊接工藝的更多應(yīng)用與奧秘。

舉報(bào)/反饋

網(wǎng)址: 超聲波焊接工藝的多樣應(yīng)用與原理詳解 http://m.u1s5d6.cn/newsview1670992.html