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科普中国：全面了解超声波焊接技术

泰然健康网
2025-08-12 11:06

一、超声波焊接的原理

超声波焊接，一种通过高频振动波传递至待焊接物体的表面，实现物体间分子层熔合的技术。在加压条件下，这些振动波使物体表面相互摩擦，从而引发分子间的熔合。

超声波焊接系统的主要构成部分涵盖了超声波发生器、换能器、变幅杆、焊头三联组、模具以及稳固的机架。这些组件协同工作，确保超声波焊接过程的顺利进行。

超声波焊接技术涉及将50/60赫兹的电流通过超声波发生器转换为15、20、30或40 KHz的高频电能。这些高频电能经过换能器的转换，变为机械运动，并通过变幅杆装置传递至焊头。焊头将接收到的机械振动能量施加于待焊接工件的结合部，此处振动能量转化为热能，进而熔化需要焊接的部件。此外，超声波技术不仅适用于金属和硬热塑性塑料的焊接，还可用于加工织物和薄膜等材料。本文将重点介绍金属和塑料的焊接方法。
1）超声波金属焊接原理
超声波金属焊接，一种利用超声频率（高于16KHz）机械振动能量的特殊焊接方法，适用于连接同种或异种金属。在焊接过程中，金属工件不会接受电流或高温热源，而是在静压力作用下，将振动能量转化为工件间的摩擦、形变及有限温升。这种冶金结合方式在母材不熔化的情况下实现固态焊接，从而有效避免了电阻焊接时的飞溅和氧化问题。超声金属焊机可对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片进行单点、多点及短条状焊接，广泛应用于可控硅引线、熔断器片、电器引线、锂电池极片及极耳的焊接。

2）超声波塑料焊接原理
当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒数万次的高频振动。这种高频振动，通过上焊件，将超声能量传递到焊区。由于焊区的声阻较大，因此会产生局部高温。由于塑料的导热性较差，高温难以迅速散发，从而聚集在焊区，使两个塑料的接触面迅速熔化。在施加一定的压力后，这两个熔化的塑料接触面会融合为一体。当超声波停止作用后，保持压力几秒钟，使熔融的塑料凝固成型，从而形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的。焊接的强度可以接近原材料的强度。

超声波塑料焊接的效果受到多个因素的影响，包括换能器焊头的振幅、施加的压力以及焊接时间。其中，焊接时间和焊头压力是可以调节的，而振幅则由换能器和变幅杆决定。这些因素之间存在一个适宜的平衡点。当能量超过适宜值时，塑料的熔解量会增加，可能导致焊接物变形；若能量过小，则可能无法牢固焊接。同时，施加的压力也不能过大，最佳压力通常为焊接部分边长与边缘每1mm的最佳压力之积。

二、超声波熔焊的应用方法

超声波熔焊是一种高效的塑料焊接技术，其应用广泛。在具体应用中，需要掌握适当的操作方法和参数设置。通过调整超声波的振幅、施加的压力以及焊接时间，可以实现对不同塑料材料的有效焊接。同时，还需要注意保持适宜的平衡点，以避免能量过大或过小导致的问题。最佳的压力设置通常与焊接部分的尺寸有关，需要仔细调整以确保焊接质量。
）熔接法：

通过超音波的高频振动，焊头在适当压力下使两块塑料的接触面产生摩擦热，从而实现瞬间的熔融连接。这种焊接方式的强度可与塑料本体相媲美，且只需采用合适的工件和合理的接口设计，便能达到水密和气密的标准。此外，它还免除了使用辅助品的需要，从而实现了高效且清洁的熔接过程。
）埋植法：

通过焊头的传导作用和适当的压力，金属零件（如螺母、螺杆等）能瞬间被挤入预先在塑料中开设的孔洞内，并固定在特定深度。完成后的连接强度，无论在拉力还是扭力方面，均可与传统模具内成型的零件相媲美。这种方法不仅简化了生产过程，还避免了射出模受损及射出速度缓慢的问题。

3）铆焊法：

通过振动焊头的压制作用，物品的突起部分被热熔成铆钉状，进而实现两物体的机械铆合。

4）点焊技术

点焊是一种针对焊线设计困难的物体的焊接方法，通过在物体上选取若干个点进行焊接，同样能够实现熔接的效果。

5）成型工艺

成型工艺与铆焊法有相似之处，其中凹状的焊头被压在塑胶品的边缘，当焊头发出超音波的超高频振动时，塑胶会因此溶融并成形，进而包覆在金属物件上，实现牢固固定。这种方法的优点在于其外观光滑且美观，常被应用于电子类产品、喇叭的固定成形，以及化妆品类产品的镜片固定等方面。

三、成型工艺的优点

成型工艺在电子、机械等领域有着广泛的应用，其优点主要体现在以下几个方面。首先，它能够生产出外观光滑且美观的产品，满足人们对产品外观的高要求。其次，该工艺能够实现牢固固定，确保产品在使用过程中的稳定性和安全性。此外，成型工艺还具有生产效率高、成本低廉等优点，使得它在市场上具有很高的竞争力。
）超声波金属焊接的诸多优势：
a、此焊接方法不会熔融焊接材料，从而保持了金属的坚固特性。
b、焊接完成后，产品的导电性能优异，电阻系数极低，甚至接近零。
c、该工艺对金属表面的处理要求不高，无论是氧化还是电镀的金属均可进行焊接。
d、操作简便快捷，整个焊接过程仅需短暂时间，且无需使用助焊剂、气体或焊料。
e、焊接过程中无火花产生，确保了环保与安全。
）超声波塑料焊接的显著优点：
a、其焊接速度迅速，且焊接强度高，密封性能优异。
b、此工艺不仅成本低廉，还能替代传统的焊接或粘接方法，实现清洁生产，无污染且不会损害工件。
c、在焊接过程中，系统稳定性好，所有关键参数均可通过软件进行实时监控，从而便于及时发现并排除故障，进行维护。

四、超声波塑料焊接的适用范围

超声波塑料焊接技术广泛应用于多个行业，适用于各种塑料制品的焊接需求。其高效、环保的特性使得它在塑料加工领域占据了一席之地。无论是日常生活用品，还是工业生产中的零部件，都可以通过超声波塑料焊接技术实现高质量的连接。
）、镍氢电池中，镍网与镍片的互熔连接。
）、锂电池及聚合物电池生产中，铜箔与镍片、铝箔与铝片的互熔需求。
）、电线互熔，支持单条与多条电线的互熔连接。
）、电线与各类电子元件、接点、连接器的互熔焊接。
）、家电用品、汽车用品等领域的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔连接。
6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔需求。
7）、金属管封尾、切断的水、气密性连接。

五、应用前景

超音波焊接技术在各个应用领域都展现出了其独特的优势，包括快捷、高效、清洁和牢固的焊接效果，因此赢得了广泛行业的青睐和认可。
）汽车行业：超音波焊接技术在汽车制造中发挥着重要作用，能够通过计算机程序精确控制，实现对大件和不规则工件的焊接，例如保险杠、前后门、灯具以及刹车灯等。此外，随着高等级公路的普及，反光片的超音波焊接需求也在不断增长。新能源汽车行业的崛起，更是将超音波焊接技术推向了新的应用高峰，特别是在电池领域的广泛应用。

）家电行业：超音波焊接技术在家电领域同样展现出其独特优势。通过合理调整，该技术可用于制造手提日光灯罩、蒸气熨门、电视机外壳等众多需要密封、牢固和美观的家电产品。

8、包装行业：超音波技术也广泛应用于包装行业，如软管封口和特殊打包带的连接，确保了包装的完整性和美观度。

9、玩具行业：超音波技术的应用使得玩具产品更加清洁、高效和牢固，无需使用螺丝、粘合剂等辅助品，降低了生产成本，提高了市场竞争力。

10、电子行业：超音波技术结合自动化方案设计，使电子产品的规模化生产成为可能，同时满足了产品品质的严格需求。

11、其他商业用途：从通讯器材到电脑行业，再到打印设备和音像制品等众多领域，超音波技术都带来了简捷、清洁和高效的生产方式，为客户带来了更多的商业机会。

材料科学与工程
超音波焊接技术在多个领域都有广泛的应用，包括汽车制造、家电生产、包装行业、玩具制造以及电子产品的规模化生产等。其独特的优势在于能够通过计算机程序进行精确控制，实现对大件和不规则工件的高效焊接，同时确保产品的密封性、牢固度和美观度。随着科技的不断进步，超音波焊接技术正日益成为现代工业生产中不可或缺的一部分。
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