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超聲波焊接

超聲波焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。

中文名

超聲波焊接

外文名

Ultrasonic welding

工作原理

利用振動(dòng)波傳遞到需焊接的表面

運(yùn)動(dòng)方式

機(jī)械運(yùn)動(dòng)

簡(jiǎn)介

超聲波焊接是通過(guò)超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉(zhuǎn)換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過(guò)摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將塑料熔化。超聲波不僅可以被用來(lái)焊接硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜。

一套超聲波焊接系統(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 。

線性振動(dòng)摩擦焊接利用在兩個(gè)待焊工件接觸面所產(chǎn)生的摩擦熱能來(lái)使塑料熔化。熱能來(lái)自一定壓力下，一個(gè)工件在另一個(gè)表面以一定的位移或振幅往復(fù)的移動(dòng)。一旦達(dá)到預(yù)期的焊接程度，振動(dòng)就會(huì)停止，同時(shí)仍舊會(huì)有一定的壓力施加于兩個(gè)工件上，使剛剛焊接好的部分冷卻、固化，從而形成緊密地結(jié)合。

軌道式振動(dòng)摩擦焊接是一種利用摩擦熱能焊接的方法。在進(jìn)行軌道式振動(dòng)摩擦焊接時(shí)，上部的工件以固定的速度進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)——向各個(gè)方向的圓周運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生熱能，使兩個(gè)塑料件的焊接部分達(dá)到熔點(diǎn)。一旦塑料開(kāi)始熔化，運(yùn)動(dòng)就停止，兩個(gè)工件的焊接部分將凝固并牢牢的連接在一起。小的夾持力會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生***小程度的變形，直徑在10英寸以內(nèi)的工件可以應(yīng)用軌道式振動(dòng)摩擦進(jìn)行焊接。

焊接原理

超聲波塑料焊接原理

超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時(shí)間等三個(gè)因素，焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的，振幅由換能器和變幅

桿決定。這三個(gè)量相互作用有個(gè)適宜值，能量超過(guò)適宜值時(shí)，塑料的熔解量就大，焊接物易變形；若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能太大。這個(gè)壓力是焊接部分的邊長(zhǎng)與邊緣每1mm的壓力之積

超聲波金屬焊接原理

超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過(guò)16KHz ）的機(jī)械振動(dòng)能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進(jìn)行超聲波焊接時(shí)，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫?zé)嵩矗�只是在靜壓力之下，將線框振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ�間的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結(jié)合是母材不發(fā)生熔化的情況下實(shí)現(xiàn)的一種固態(tài)焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時(shí)所產(chǎn)生的飛濺和氧化等現(xiàn)象．超聲金屬焊機(jī)能對(duì)銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細(xì)絲或薄片材料進(jìn)行單點(diǎn)焊接、多點(diǎn)焊接和短條狀焊接．可***應(yīng)用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。

焊接種類

1、超聲波焊接 ultrasonic welding

熱塑性塑料在超聲波振動(dòng)作用下，由于表面分子間摩擦生熱而使兩塊塑料熔接在一起的焊接方法。

熱塑性塑料焊接注意事項(xiàng)：

A.舌榫的設(shè)計(jì)***在焊接周期中對(duì)位方便。
　　B.焊線設(shè)計(jì)纖細(xì)，但必須有足夠的可熔化材料令焊接面熔合。具體設(shè)計(jì)方式要視乎應(yīng)用在焊接何種工件設(shè)備中。焊接壓力、震幅等參數(shù)可調(diào)，***焊頭能接觸到焊接面并施壓，下工件為接受壓力部份，置于底模中不動(dòng)。焊頭因產(chǎn)生超聲波高頻，令上工件生熱震動(dòng)，因而能與下工件熔合，焊頭停止震動(dòng)后，壓力保持,令熔解位置冷卻成型。整個(gè)焊接時(shí)間大多為少于一秒。

2、超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接的優(yōu)點(diǎn)在于快速、節(jié)能、熔合強(qiáng)度高、導(dǎo)電性好、無(wú)火花、接近冷態(tài)加工；缺點(diǎn)是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊點(diǎn)位不能太大、需要加壓。

超聲波金屬焊接是一種機(jī)械處理過(guò)程，在焊接過(guò)程中，并無(wú)電流在被焊件中流過(guò)，也無(wú)諸如電焊模式的焊弧產(chǎn)生，由于超聲焊接不存在熱傳導(dǎo)與電阻率等問(wèn)題，因此對(duì)于有色金屬材料來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種理想的金屬焊接設(shè)備系統(tǒng)，對(duì)于不同厚度的片材，能有效地進(jìn)行焊接。

熔焊方法

超聲波的熔焊應(yīng)用方法

一、 熔接法： 以超聲波***頻率振動(dòng)的焊頭在適度壓力下，使二塊塑膠的接合面產(chǎn)生摩擦熱而瞬間熔融接合，焊接強(qiáng)度可與本體媲美，采用合適的工件和合理的接口設(shè)計(jì)，可達(dá)到水密及氣密，并免除采用輔助品所帶來(lái)的不便，實(shí)現(xiàn)高效清潔的熔接。

二、 鉚焊法： 將超聲波***頻率振動(dòng)的焊頭，壓著塑膠品突出的梢頭，使其瞬間發(fā)熱融成為鉚釘形狀，使不同材質(zhì)的材料機(jī)械鉚合在一起。

三、 埋植： 借著焊頭的傳道及適當(dāng)?shù)膲毫�，瞬間將金屬零件（如螺母、螺桿等）擠入預(yù)留塑膠孔內(nèi)，固定在一定深度，完成后無(wú)論拉力、扭力均可媲美傳統(tǒng)模具內(nèi)成型的強(qiáng)度，可免除射出模受損及射出緩慢的缺點(diǎn)。

四、 成型： 本方法與鉚焊法類似，將凹狀的焊頭壓在塑膠品外圈，焊頭發(fā)出超聲波***頻振動(dòng)后將塑膠熔融成型而包覆于金屬物件使其固定，且外觀光滑美觀、此方法多使用在電子類、喇叭的固定成型，及化妝品類的鏡片固定等。

五、 點(diǎn)焊： A、 將二片塑膠分點(diǎn)熔接無(wú)需預(yù)先設(shè)計(jì)焊線，達(dá)到熔接目的。 B、 對(duì)比較大型工件，不易設(shè)計(jì)焊線的工件進(jìn)行分點(diǎn)焊接，而達(dá)到熔接效果，可同時(shí)點(diǎn)焊多點(diǎn)。

六、 切割封口： 運(yùn)用超聲波瞬間發(fā)振工作原理，對(duì)化纖織物進(jìn)行切割，其優(yōu)點(diǎn)切口光潔不開(kāi)裂、不拉絲。

焊接優(yōu)點(diǎn)

1、超聲波塑料焊接優(yōu)點(diǎn)：焊接速度快，焊接強(qiáng)度高、密封性好；

取代傳統(tǒng)的焊接/粘接工藝，***低廉，清潔***且不會(huì)損傷工件；

焊接過(guò)程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)均可通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)故障很容易進(jìn)行排除和維護(hù)。

2、超聲波金屬焊接優(yōu)點(diǎn)： 1）、焊接材料不熔融，不脆弱金屬特性。2）、焊接后導(dǎo)電性好，電阻系數(shù)極低或近乎零。3）、對(duì)焊接金屬表面要求低，氧化或電鍍均可焊接。4）、焊接時(shí)間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。5）、焊接無(wú)火花，環(huán)保安全。

適用產(chǎn)品

1）、鎳氫電池鎳氫電池鎳網(wǎng)與鎳片互熔與鎳片互熔。2）、鋰電池、聚合物電池銅箔與鎳片互熔，鋁箔與鋁片互熔。3）、電線互熔，偏結(jié)成一條與多條互熔。4）、電線與各種電子元件、接點(diǎn)、連接器互熔。5）、各種家電用品、汽車用品的大型散熱座、熱交換鰭片、蜂巢心的互熔。6）、電磁開(kāi)關(guān)、無(wú)熔絲開(kāi)關(guān)等大電流接點(diǎn)，異種金屬片的互熔。7）、金屬管的封尾、切斷防水、氣密。

缺點(diǎn)

(1)當(dāng)焊接工件的厚度及硬度提高時(shí)，焊接所需功率呈指數(shù)增大，因而增加了超聲波焊機(jī)的制造***。當(dāng)所需功率過(guò)大時(shí)，聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造和工藝效果都會(huì)產(chǎn)生一系列較難解決的問(wèn)題，因此，當(dāng)前主要限于絲、箔、片等較細(xì)較薄的工件焊接。

(2)當(dāng)前超聲波焊接系統(tǒng)的接頭形式***于搭接，且受工具頭的限制，工件只能在焊接系統(tǒng)允許的尺寸范圍內(nèi)伸入，焊接的接頭形式和尺寸范圍局限性較大。

(3)當(dāng)前對(duì)于超聲波焊接的質(zhì)量檢測(cè)較為困難，一般的檢測(cè)方法難以在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)損檢測(cè)的方法尚未達(dá)到普及狀態(tài)[1]。

應(yīng)用前景

針對(duì)所有的應(yīng)用市場(chǎng)，超聲波焊接其***的優(yōu)點(diǎn)--快捷、高效、清潔和牢固，贏得了各行各業(yè)的認(rèn)可。

一、 汽車：（交通業(yè)） 超聲波可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制來(lái)實(shí)施對(duì)大件和不規(guī)則工件的焊接如：保險(xiǎn)杠、前后門、燈具、剎車燈等。隨著高等級(jí)道路的發(fā)展，反光片也越來(lái)越多的采用超聲波焊接。

二、 家電： 通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可用于：手提日光燈罩，蒸氣熨門、電視機(jī)外殼、收錄、音機(jī)透明面板、電源整流器、電視機(jī)殼螺絲固定座、減蚊燈殼、洗衣機(jī)脫水槽等需要密封、牢固和美觀的家電產(chǎn)品。

三、 包裝： 軟管的封口，特殊打包帶的連接。

四、 玩具業(yè)： 由于采用了超聲波技術(shù)使產(chǎn)品清潔、高效、牢固，免除使用螺絲、粘合劑、膠水或其他輔助品，降低了生產(chǎn)***，使企業(yè)在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力大大增強(qiáng)。

五、 電子： 運(yùn)用自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)使用戶達(dá)到規(guī)�；�生產(chǎn)，同時(shí)確保產(chǎn)品之品質(zhì)需求。

六、 其他商業(yè)用途： 從通訊器材，電腦行業(yè)、打印設(shè)備到音像制品等，均可采用超聲波設(shè)備。