超声波焊接的基本原理，是将高频电能转化为高频振荡的机械能。这种往复振荡传递给热塑性塑料或许金属，在塑料与塑料、塑料与金属，或许金属与金属界面发生冲突和热量。

在超声波焊接中，冲突发生热量使得两个资料外表熔合在一起。在超声波铆接中，焊头控制熔融塑料的流向，成型并压紧零件。在超声波螺母镶嵌中，焊头将金属螺母打入塑料。

超声波焊接机体系有多种配置挑选，包含不同频率（15Khz-50Khz），不同功率（600W-4800W），以及多种形式，如气动超声波焊接机，伺服超声波焊接机，手持焊接机，非标焊接机，金属超声波焊接机等等。

影响超声波焊接成功的因素也很多：模具（包含上焊头和下底模）、频率、资料、焊缝规划、焊接参数和零件注塑等。在本文，咱们介绍5个主要因素。

1.焊接体系频率

典型的超声波焊接体系的频率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。需求根据产品尺度、内部元器件品种、强度和外观等要求，挑选合适的焊接频率。一般能够参考以下几个准则：

• 关于小型和精密的电子产品（内含PCB板以及微电子元件）外壳焊接，使用高频率40Khz焊接机焊接。40Khz焊接机振幅更小，焊接压力也能够最小，能够防止损伤产品内部电子元件。
• 关于小型且有A类面外观要求的产品。选用40Khz焊接机焊接，因振幅和压力小，能够改进外观。
• 关于中等尺度和大尺度的零件焊接，选用低频15Khz或许20Khz焊接机。
• 关于较软的资料例如PP，以及刚度较差的薄壁件产品，选用低频大振幅的15Khz焊接机焊接。
• 关于远场焊接，即焊头间隔焊缝方位较远，例如大于12mm时，选用低频大振幅的15Khz焊接机焊接。
• 20Khz焊接机合适小型到中等尺度大多数产品的焊接，也是目前使用最为广泛的超声波频率。

2.资料

关于塑料的超声波焊接机，只合适对热塑性塑料进行焊接。由于它们能够在特定的温度范围内熔化。而热固性塑料加热时降解，无法使用超声波进行焊接。

热塑性塑料的可焊接性，取决于资料刚度或弹性模量，密度、冲突系数、导热系数、比热容、玻璃化转变温度Tg或熔化温度Tm。

一般来说，刚性好的塑料表现出优异的远场焊接性能，由于它们更简单传递振荡能量。而弹性模量低的软性塑料，因其会衰减超声波振荡，所以较难焊接。而关于超声波铆接或点焊则相反，塑料越软，就越简单铆接或点焊。

通常，塑料可分为非结晶（无定形）和结晶两种。超声波能量很简单在非结晶资料中传递，因而非结晶塑料简单进行超声波焊接。而超声波能量不简单在结晶资料中传递，因而焊接结晶塑料时需求更大的振幅和能量，同时也要小心规划焊缝。

可进一步影响可焊性的因素有含水率，脱模剂，润滑剂，增塑剂，填料增强剂，颜料，阻燃剂和其它添加剂，以及实践树脂等级。别的，还应注意不同资料之间相容性程度不同。某些资料的特定等级之间才有必定程度的相容性，其他则不相容。

最后，还要考虑焊接是近场焊接仍是远场焊接。焊头触摸零件的方位到焊接筋的间隔小于6mm的状况，叫做近场焊接。大于6mm'，叫做远场焊接。间隔越大，振荡衰减越大，焊接就越困难。

3.焊接接头规划

影响超声波焊接最要害、最重要的因素是接头规划。当零件处于规划阶段时，工程师应慎重考虑和评价。焊接接头有多种规划，有各自特色和优势。挑选何种规划，取决于塑料类型、零件几许形状、焊接要求、注塑才能以及外观要求等。

典型的接头规划：

三角导能筋规划。这是超声波焊接中最常用的规划，也是最简单注塑的规划。它的特色是在平面上有一个凸起的小三角，三角顶部是90或60度。因其尖点规划简单引导并集中振荡能量，所以叫做导能筋。

台阶缝规划，简单注塑成型，上下件可自定位，焊接强度高，熔融资料流入笔直空隙中。

沟槽缝规划，上下件可自定位，具有高强度、密封性好的特色，且内外侧无溢料。缺点是要求必定的壁厚。

剪切缝规划，一般用于要求高强度密封的较小尺度的产品焊接，特别适用于结晶性塑料的焊接。

Scarf接头，这通常用于具有圆形或椭圆外形的零件上，提供高强度和高密封性，特别适用于结晶性塑料的焊接。

（以上焊缝规划详解会在后续文章中推出）。

为了确定您的产品合适挑选哪一种焊缝规划，请咨询超声波厂家工程师或出售人员。

4.工装和焊头

一般来说，客户会挑选与焊接机相同品牌的工装和焊头。实践上，能够自由挑选其它品牌提供的工装和焊头，只需焊头频率与设备相同即可。

焊头资料可挑选铝合金、钛合金和硬质合金钢。工装资料可挑选铝合金、不锈钢和树脂模。如何挑选资料，一般要考虑塑料类型、资料玻纤含量、接头结构和尺度、焊接强度和使用寿数。例如，为了延伸寿数，硬质合金钢焊头是一个最佳挑选。

超声波焊头可用FEA（有限元分析）进行规划和优化，答应工程师在实践制造前评价焊头的振荡状况和应力巨细。最佳的焊头规划，是具有均匀的输出振幅，以及最小的应力。上图中，左边图片是优化前焊头规划，振幅输出不均匀。右侧是优化后，输出振幅均匀。

在焊头规划和制造中，必须小心谨记对称性——焊头对称性是至关重要的。不对称的焊头导致非轴向振荡。径向振荡会大大添加应力，导致焊头失效。

好的工装规划也非常重要。工装有两个主要作用：（1）对齐焊头下方的零件；（2）刚性支撑焊接区域。刚性支撑有助于将超声波能量反射到焊缝方位，这也是为什么工装通常是用金属加工件。

为了添加焊头耐磨性，进步使用寿数，可对焊头外表进行碳化钨处理或镀铬处理。工装可分段规划，以更好的贴合产品。

5.焊接参数

在焊接过程中，焊接参数会影响焊接结果。这些参数包含振幅、焊接压力、触发压力、焊接间隔以及焊接能量。

不同类型的塑料需求不同的振幅巨细。振幅能够通过软件中百分比设置进行微调，或许通过替换不同变比的调幅器进行大范围调节。焊接压力能够通过旋钮或许软件设置进行调整。触发压力是指当焊头压住产品后，压力达到某个设定值时，设备开始发超声，该值可通过旋钮或许软件设置进行调整。

超声波焊接过程有几种控制方式：

• 时刻焊接形式，即设定超声波焊接持续时刻。
• 间隔焊接形式（方位焊接形式），即设定焊接的间隔或许方位。
• 能量焊接形式，即设定焊接的能量。

不同产品焊接适用不同的焊接形式。例如薄片焊接选用能量焊接形式，尺度公役大的产品选用间隔焊接形式，有高度公役要求的产品选用方位焊接形式。

别的，假如你乐意，能够对焊接过程中的一切参数进行监控，设置参数合格件区间，防止发生意外不良件。

塑料超声波焊接归于特殊工艺过程。产品开发初期应与超声波设备商协作，使用设备商在该范畴的经验，对产品结构和焊缝规划进行评价，并对样品进行焊接测试。以进步后续大批量生产的良率。