超聲波焊接的基本原理，是將高頻電能轉化為高頻振蕩的機械能。這種往復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生沖突和熱量。

在超聲波焊接中，沖突發生熱量使得兩個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，如氣動超聲波焊接機，伺服超聲波焊接機，手持焊接機，非標焊接機，金屬超聲波焊接機等等。

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、焊縫規劃、焊接參數和零件注塑等。在本文，咱們介紹5個主要因素。

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。需求根據產品尺度、內部元器件品種、強度和外觀等要求，挑選合適的焊接頻率。一般能夠參考以下幾個準則：

• 關于小型和精密的電子產品（內含PCB板以及微電子元件）外殼焊接，使用高頻率40Khz焊接機焊接。40Khz焊接機振幅更小，焊接壓力也能夠最小，能夠防止損傷產品內部電子元件。
• 關于小型且有A類面外觀要求的產品。選用40Khz焊接機焊接，因振幅和壓力小，能夠改進外觀。
• 關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。
• 關于較軟的資料例如PP，以及剛度較差的薄壁件產品，選用低頻大振幅的15Khz焊接機焊接。
• 關于遠場焊接，即焊頭間隔焊縫方位較遠，例如大于12mm時，選用低頻大振幅的15Khz焊接機焊接。
• 20Khz焊接機合適小型到中等尺度大多數產品的焊接，也是目前使用最為廣泛的超聲波頻率。

2.資料

關于塑料的超聲波焊接機，只合適對熱塑性塑料進行焊接。由于它們能夠在特定的溫度范圍內熔化。而熱固性塑料加熱時降解，無法使用超聲波進行焊接。

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、導熱系數、比熱容、玻璃化轉變溫度Tg或熔化溫度Tm。

一般來說，剛性好的塑料表現出優異的遠場焊接性能，由于它們更簡單傳遞振蕩能量。而彈性模量低的軟性塑料，因其會衰減超聲波振蕩，所以較難焊接。而關于超聲波鉚接或點焊則相反，塑料越軟，就越簡單鉚接或點焊。

通常，塑料可分為非結晶（無定形）和結晶兩種。超聲波能量很簡單在非結晶資料中傳遞，因而非結晶塑料簡單進行超聲波焊接。而超聲波能量不簡單在結晶資料中傳遞，因而焊接結晶塑料時需求更大的振幅和能量，同時也要小心規劃焊縫。

可進一步影響可焊性的因素有含水率，脫模劑，潤滑劑，增塑劑，填料增強劑，顏料，阻燃劑和其它添加劑，以及實踐樹脂等級。別的，還應注意不同資料之間相容性程度不同。某些資料的特定等級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焊接仍是遠場焊接。焊頭觸摸零件的方位到焊接筋的間隔小于6mm的狀況，叫做近場焊接。大于6mm'，叫做遠場焊接。間隔越大，振蕩衰減越大，焊接就越困難。

3.焊接接頭規劃

影響超聲波焊接最要害、最重要的因素是接頭規劃。當零件處于規劃階段時，工程師應慎重考慮和評價。焊接接頭有多種規劃，有各自特色和優勢。挑選何種規劃，取決于塑料類型、零件幾許形狀、焊接要求、注塑才能以及外觀要求等。

典型的接頭規劃：

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

臺階縫規劃，簡單注塑成型，上下件可自定位，焊接強度高，熔融資料流入筆直空隙中。

溝槽縫規劃，上下件可自定位，具有高強度、密封性好的特色，且內外側無溢料。缺點是要求必定的壁厚。

剪切縫規劃，一般用于要求高強度密封的較小尺度的產品焊接，特別適用于結晶性塑料的焊接。

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

（以上焊縫規劃詳解會在后續文章中推出）。

為了確定您的產品合適挑選哪一種焊縫規劃，請咨詢超聲波廠家工程師或出售人員。

4.工裝和焊頭

一般來說，客戶會挑選與焊接機相同品牌的工裝和焊頭。實踐上，能夠自由挑選其它品牌提供的工裝和焊頭，只需焊頭頻率與設備相同即可。

焊頭資料可挑選鋁合金、鈦合金和硬質合金鋼。工裝資料可挑選鋁合金、不銹鋼和樹脂模。如何挑選資料，一般要考慮塑料類型、資料玻纖含量、接頭結構和尺度、焊接強度和使用壽數。例如，為了延伸壽數，硬質合金鋼焊頭是一個最佳挑選。

超聲波焊頭可用FEA（有限元分析）進行規劃和優化，答應工程師在實踐制造前評價焊頭的振蕩狀況和應力巨細。最佳的焊頭規劃，是具有均勻的輸出振幅，以及最小的應力。上圖中，左邊圖片是優化前焊頭規劃，振幅輸出不均勻。右側是優化后，輸出振幅均勻。

在焊頭規劃和制造中，必須小心謹記對稱性——焊頭對稱性是至關重要的。不對稱的焊頭導致非軸向振蕩。徑向振蕩會大大添加應力，導致焊頭失效。

好的工裝規劃也非常重要。工裝有兩個主要作用：（1）對齊焊頭下方的零件；（2）剛性支撐焊接區域。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，進步使用壽數，可對焊頭外表進行碳化鎢處理或鍍鉻處理。工裝可分段規劃，以更好的貼合產品。

5.焊接參數

在焊接過程中，焊接參數會影響焊接結果。這些參數包含振幅、焊接壓力、觸發壓力、焊接間隔以及焊接能量。

不同類型的塑料需求不同的振幅巨細。振幅能夠通過軟件中百分比設置進行微調，或許通過替換不同變比的調幅器進行大范圍調節。焊接壓力能夠通過旋鈕或許軟件設置進行調整。觸發壓力是指當焊頭壓住產品后，壓力達到某個設定值時，設備開始發超聲，該值可通過旋鈕或許軟件設置進行調整。

超聲波焊接過程有幾種控制方式：

• 時刻焊接形式，即設定超聲波焊接持續時刻。
• 間隔焊接形式（方位焊接形式），即設定焊接的間隔或許方位。
• 能量焊接形式，即設定焊接的能量。

不同產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，尺度公役大的產品選用間隔焊接形式，有高度公役要求的產品選用方位焊接形式。

別的，假如你樂意，能夠對焊接過程中的一切參數進行監控，設置參數合格件區間，防止發生意外不良件。

塑料超聲波焊接歸于特殊工藝過程。產品開發初期應與超聲波設備商協作，使用設備商在該范疇的經驗，對產品結構和焊縫規劃進行評價，并對樣品進行焊接測試。以進步后續大批量生產的良率。