超聲波焊接的基本原理，是將高頻電能轉(zhuǎn)化為高頻振蕩的機(jī)械能。這種往復(fù)振蕩傳遞給熱塑性塑料或許金屬，在塑料與塑料、塑料與金屬，或許金屬與金屬界面發(fā)生沖突和熱量。

在超聲波焊接中，沖突發(fā)生熱量使得兩個(gè)資料外表熔合在一起。在超聲波鉚接中，焊頭控制熔融塑料的流向，成型并壓緊零件。在超聲波螺母鑲嵌中，焊頭將金屬螺母打入塑料。

超聲波焊接機(jī)體系有多種配置挑選，包含不同頻率（15Khz-50Khz），不同功率（600W-4800W），以及多種形式，如氣動(dòng)超聲波焊接機(jī)，伺服超聲波焊接機(jī)，手持焊接機(jī)，非標(biāo)焊接機(jī)，金屬超聲波焊接機(jī)等等。

影響超聲波焊接成功的因素也很多：模具（包含上焊頭和下底模）、頻率、資料、焊縫規(guī)劃、焊接參數(shù)和零件注塑等。在本文，咱們介紹5個(gè)主要因素。

1.焊接體系頻率

典型的超聲波焊接體系的頻率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。需求根據(jù)產(chǎn)品尺度、內(nèi)部元器件品種、強(qiáng)度和外觀等要求，挑選合適的焊接頻率。一般能夠參考以下幾個(gè)準(zhǔn)則：

• 關(guān)于小型和精密的電子產(chǎn)品（內(nèi)含PCB板以及微電子元件）外殼焊接，使用高頻率40Khz焊接機(jī)焊接。40Khz焊接機(jī)振幅更小，焊接壓力也能夠最小，能夠防止損傷產(chǎn)品內(nèi)部電子元件。
• 關(guān)于小型且有A類(lèi)面外觀要求的產(chǎn)品。選用40Khz焊接機(jī)焊接，因振幅和壓力小，能夠改進(jìn)外觀。
• 關(guān)于中等尺度和大尺度的零件焊接，選用低頻15Khz或許20Khz焊接機(jī)。
• 關(guān)于較軟的資料例如PP，以及剛度較差的薄壁件產(chǎn)品，選用低頻大振幅的15Khz焊接機(jī)焊接。
• 關(guān)于遠(yuǎn)場(chǎng)焊接，即焊頭間隔焊縫方位較遠(yuǎn)，例如大于12mm時(shí)，選用低頻大振幅的15Khz焊接機(jī)焊接。
• 20Khz焊接機(jī)合適小型到中等尺度大多數(shù)產(chǎn)品的焊接，也是目前使用最為廣泛的超聲波頻率。

2.資料

關(guān)于塑料的超聲波焊接機(jī)，只合適對(duì)熱塑性塑料進(jìn)行焊接。由于它們能夠在特定的溫度范圍內(nèi)熔化。而熱固性塑料加熱時(shí)降解，無(wú)法使用超聲波進(jìn)行焊接。

熱塑性塑料的可焊接性，取決于資料剛度或彈性模量，密度、沖突系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg或熔化溫度Tm。

一般來(lái)說(shuō)，剛性好的塑料表現(xiàn)出優(yōu)異的遠(yuǎn)場(chǎng)焊接性能，由于它們更簡(jiǎn)單傳遞振蕩能量。而彈性模量低的軟性塑料，因其會(huì)衰減超聲波振蕩，所以較難焊接。而關(guān)于超聲波鉚接或點(diǎn)焊則相反，塑料越軟，就越簡(jiǎn)單鉚接或點(diǎn)焊。

通常，塑料可分為非結(jié)晶（無(wú)定形）和結(jié)晶兩種。超聲波能量很簡(jiǎn)單在非結(jié)晶資料中傳遞，因而非結(jié)晶塑料簡(jiǎn)單進(jìn)行超聲波焊接。而超聲波能量不簡(jiǎn)單在結(jié)晶資料中傳遞，因而焊接結(jié)晶塑料時(shí)需求更大的振幅和能量，同時(shí)也要小心規(guī)劃焊縫。

可進(jìn)一步影響可焊性的因素有含水率，脫模劑，潤(rùn)滑劑，增塑劑，填料增強(qiáng)劑，顏料，阻燃劑和其它添加劑，以及實(shí)踐樹(shù)脂等級(jí)。別的，還應(yīng)注意不同資料之間相容性程度不同。某些資料的特定等級(jí)之間才有必定程度的相容性，其他則不相容。

最后，還要考慮焊接是近場(chǎng)焊接仍是遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。焊頭觸摸零件的方位到焊接筋的間隔小于6mm的狀況，叫做近場(chǎng)焊接。大于6mm'，叫做遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。間隔越大，振蕩衰減越大，焊接就越困難。

3.焊接接頭規(guī)劃

影響超聲波焊接最要害、最重要的因素是接頭規(guī)劃。當(dāng)零件處于規(guī)劃階段時(shí)，工程師應(yīng)慎重考慮和評(píng)價(jià)。焊接接頭有多種規(guī)劃，有各自特色和優(yōu)勢(shì)。挑選何種規(guī)劃，取決于塑料類(lèi)型、零件幾許形狀、焊接要求、注塑才能以及外觀要求等。

典型的接頭規(guī)劃：

三角導(dǎo)能筋規(guī)劃。這是超聲波焊接中最常用的規(guī)劃，也是最簡(jiǎn)單注塑的規(guī)劃。它的特色是在平面上有一個(gè)凸起的小三角，三角頂部是90或60度。因其尖點(diǎn)規(guī)劃簡(jiǎn)單引導(dǎo)并集中振蕩能量，所以叫做導(dǎo)能筋。

臺(tái)階縫規(guī)劃，簡(jiǎn)單注塑成型，上下件可自定位，焊接強(qiáng)度高，熔融資料流入筆直空隙中。

溝槽縫規(guī)劃，上下件可自定位，具有高強(qiáng)度、密封性好的特色，且內(nèi)外側(cè)無(wú)溢料。缺點(diǎn)是要求必定的壁厚。

剪切縫規(guī)劃，一般用于要求高強(qiáng)度密封的較小尺度的產(chǎn)品焊接，特別適用于結(jié)晶性塑料的焊接。

Scarf接頭，這通常用于具有圓形或橢圓外形的零件上，提供高強(qiáng)度和高密封性，特別適用于結(jié)晶性塑料的焊接。

（以上焊縫規(guī)劃詳解會(huì)在后續(xù)文章中推出）。

為了確定您的產(chǎn)品合適挑選哪一種焊縫規(guī)劃，請(qǐng)咨詢超聲波廠家工程師或出售人員。

4.工裝和焊頭

一般來(lái)說(shuō)，客戶會(huì)挑選與焊接機(jī)相同品牌的工裝和焊頭。實(shí)踐上，能夠自由挑選其它品牌提供的工裝和焊頭，只需焊頭頻率與設(shè)備相同即可。

焊頭資料可挑選鋁合金、鈦合金和硬質(zhì)合金鋼。工裝資料可挑選鋁合金、不銹鋼和樹(shù)脂模。如何挑選資料，一般要考慮塑料類(lèi)型、資料玻纖含量、接頭結(jié)構(gòu)和尺度、焊接強(qiáng)度和使用壽數(shù)。例如，為了延伸壽數(shù)，硬質(zhì)合金鋼焊頭是一個(gè)最佳挑選。

超聲波焊頭可用FEA（有限元分析）進(jìn)行規(guī)劃和優(yōu)化，答應(yīng)工程師在實(shí)踐制造前評(píng)價(jià)焊頭的振蕩狀況和應(yīng)力巨細(xì)。最佳的焊頭規(guī)劃，是具有均勻的輸出振幅，以及最小的應(yīng)力。上圖中，左邊圖片是優(yōu)化前焊頭規(guī)劃，振幅輸出不均勻。右側(cè)是優(yōu)化后，輸出振幅均勻。

在焊頭規(guī)劃和制造中，必須小心謹(jǐn)記對(duì)稱(chēng)性——焊頭對(duì)稱(chēng)性是至關(guān)重要的。不對(duì)稱(chēng)的焊頭導(dǎo)致非軸向振蕩。徑向振蕩會(huì)大大添加應(yīng)力，導(dǎo)致焊頭失效。

好的工裝規(guī)劃也非常重要。工裝有兩個(gè)主要作用：（1）對(duì)齊焊頭下方的零件；（2）剛性支撐焊接區(qū)域。剛性支撐有助于將超聲波能量反射到焊縫方位，這也是為什么工裝通常是用金屬加工件。

為了添加焊頭耐磨性，進(jìn)步使用壽數(shù)，可對(duì)焊頭外表進(jìn)行碳化鎢處理或鍍鉻處理。工裝可分段規(guī)劃，以更好的貼合產(chǎn)品。

5.焊接參數(shù)

在焊接過(guò)程中，焊接參數(shù)會(huì)影響焊接結(jié)果。這些參數(shù)包含振幅、焊接壓力、觸發(fā)壓力、焊接間隔以及焊接能量。

不同類(lèi)型的塑料需求不同的振幅巨細(xì)。振幅能夠通過(guò)軟件中百分比設(shè)置進(jìn)行微調(diào)，或許通過(guò)替換不同變比的調(diào)幅器進(jìn)行大范圍調(diào)節(jié)。焊接壓力能夠通過(guò)旋鈕或許軟件設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。觸發(fā)壓力是指當(dāng)焊頭壓住產(chǎn)品后，壓力達(dá)到某個(gè)設(shè)定值時(shí)，設(shè)備開(kāi)始發(fā)超聲，該值可通過(guò)旋鈕或許軟件設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。

超聲波焊接過(guò)程有幾種控制方式：

• 時(shí)刻焊接形式，即設(shè)定超聲波焊接持續(xù)時(shí)刻。
• 間隔焊接形式（方位焊接形式），即設(shè)定焊接的間隔或許方位。
• 能量焊接形式，即設(shè)定焊接的能量。

不同產(chǎn)品焊接適用不同的焊接形式。例如薄片焊接選用能量焊接形式，尺度公役大的產(chǎn)品選用間隔焊接形式，有高度公役要求的產(chǎn)品選用方位焊接形式。

別的，假如你樂(lè)意，能夠?qū)附舆^(guò)程中的一切參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)置參數(shù)合格件區(qū)間，防止發(fā)生意外不良件。

塑料超聲波焊接歸于特殊工藝過(guò)程。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期應(yīng)與超聲波設(shè)備商協(xié)作，使用設(shè)備商在該范疇的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和焊縫規(guī)劃進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)樣品進(jìn)行焊接測(cè)試。以進(jìn)步后續(xù)大批量生產(chǎn)的良率。