超聲波焊接基礎知識

超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯組/模具和機架。具體原理如下文字描述：超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅 。桿決定。這三個量相互作用有個適宜值，能量超過適宜值時，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。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積 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16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時所產生的飛濺和氧化等現象．超聲金屬焊機能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行單點焊接、多點焊接和短條狀焊接．可廣泛應用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。

焊接的方法：

二、 鉚焊法：將超音波超高頻率振動的焊頭，壓著塑膠品突出的梢頭，使其瞬間發熱融成為鉚釘形狀，使不同材質的材料機械鉚合在一起。

五、 點焊：A、 將二片塑膠分點熔接無需預先設計焊線，達到熔接目的。B、 對比較大型工件，不易設計焊線的工件進行分點焊接，而達到熔接效果，可同時點焊多點。六、 切割封口：運用超音波瞬間發振工作原理，對化纖織物進行切割，其優點切口光潔不開裂、不拉絲。

焊頭在超聲波焊接中起著關鍵作用，焊頭是將振動有效傳遞到塑料焊接部位的工具。它有以下功能：

1.傳遞振動能量

2.傳遞壓力

3.傳遞振幅

4.提供與產品外形一致的形狀，同時因為塑料有延展性，所以能夠一定程度的貼合產品。

焊頭的設計和制造必須非常小心，因為只有好的焊頭才能保證良好的焊接結果。如果焊頭設計不良（振幅設計、振型不合理），制造不良（材料選擇，修頻不合適），可能會導致焊頭斷裂失效。

焊頭有不同類型，以適合不同的應用需求。例如：一個小的、高增益（高振幅輸出）圓形焊頭用來焊接小的矩形零件；大的矩形焊頭輸出小振幅，用來焊接大型零件。最常見的幾種類型如下：

1.臺階型焊頭（Stepped Horn）：焊頭兩端具有不同的截面，兩段截面在焊頭節點位置通過圓角過渡。臺階型焊頭因為在節點平面截面突然變化，所以具有高增益大振幅輸出，同時機械應力也較大。該類焊頭適用于超聲波焊接、鉚接、脫落等過程。

2.指數型焊頭（ Exponential Horn）：焊頭外形按照指數公式變化。橫截面逐漸過渡，將內部應力分布在較長區域，以減少峰值應力。因此，這類焊頭具有理想的應力分布和優異的抗疲勞強度。適用于焊接壓力大，振幅輸出小的應用中，如金屬螺絲鑲嵌。

3.Catenoid焊頭：結合了臺階型高增益 和 指數型低應力的優點。適用于焊接和鉚接各種小型零件。

4.矩形（Rectangular）或者圓形（Bar）焊頭：常用設計。小尺寸的矩形焊頭也通常采用臺階型設計。一般寬度大于88mm焊頭，為了避免焊頭橫向振動和應力，必須在其結構上增加槽。標準的矩形焊頭最大尺寸可以做到250mm。

5.圓形焊頭（Circular Horn）：包括中空或者實心焊頭。通常用在焊接區域為圓形的塑料部件。直徑超過88mm的圓形焊頭通常增加槽，以允許軸向振動。