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技术分享｜深入了解超声波焊接工艺

泰然健康网
2025-08-12 11:06

超声波焊接技术详解

超声波焊接，一种高效的连接工艺，通过高频振动将两个物体紧密结合。其工作原理是利用高能超声波在固态材料中传播，使接触面迅速软化并去除空气，实现牢固的焊接效果。这一技术广泛应用于塑料、金属等材料的连接，具有高效、环保、成本低廉等诸多优点。接下来，我们将深入探讨超声波焊接的原理、应用及发展前景。

超声波焊接的概念与原理

超声波焊接，这一高效的连接工艺，是利用超声波的振动频率来产生热能。当两个塑胶件在焊接界面接触摩擦时，热能会使这些塑胶件熔融，从而紧密地固定在一起。这种焊接方式既快速又干净，能够满足高强度的塑胶件装配需求，因此被广泛应用于多种类型的塑胶件装配中，成为一种不可或缺的先进装配技术。
其工作原理涉及多个步骤。首先，超声波发生器会将50 Hz或60 Hz的电流转换为15、20、30或40 kHz的电能。随后，这些被转换的高频电能通过换能器进一步转化为机械运动。最后，这套机械运动通过一套可调幅的装置传递到焊头，从而实现对两个塑胶件的焊接。

焊头将接收到的超声波振动能量精准地传递至待焊接的塑胶件接触界面。在这一特定区域，振动能量通过摩擦作用高效转化为热能，促使塑料材料熔化。焊接完成后，通过短暂的维持压力，确保两塑胶件以牢固的分子连接方式凝固成一个整体。

超声波焊接的显著优势

高效快速：多数超声波焊接过程能在0.1至0.5秒内迅速完成，显著提升焊接速度。

成本节约：由于高效作业，减少了人工成本，同时节省了大量夹具、粘合剂或机械紧固件等辅助材料，使得超声波焊接成为经济高效的塑胶件装配方法。

卓越强度：超声波焊接的强度极高，可达到塑胶件本体强度的80%以上，确保连接的稳固性。

美观焊点：其表面质量优异，焊点呈现美观，实现无缝焊接，满足对产品外观的高要求。

简便操作：工序简洁明了，操作直观易懂，为自动化焊接提供了可能。

超声波焊接的局限性

材料的限制性
超声波焊接并非万能，它不能焊接所有塑料。某些塑料的焊接性能出色，而另一些则较差。此外，超声波焊接通常仅适用于一种或相似塑料之间的焊接。若两个塑胶件的材料不同，超声波焊接往往难以奏效。因此，在选择超声波焊接工艺后，零件材料的选择需谨慎。

不可拆卸性
超声波焊接是一种不可拆卸性连接方式，一旦两个零件经过焊接装配成一体，若发现质量问题，零件无法进行返工。

零件大小和形状的限制
中小型塑胶件更适合超声波焊接，其尺寸一般小于250mm×300mm。对于尺寸较大的零件，可能需要分多次进行焊接，且效果可能不甚理想。同时，超声波焊接更适用于形状单一的塑胶件，复杂形状的塑胶件焊接质量可能较低。

零件结构强度的限制
超声波焊接过程中，其强大能量有可能导致塑胶件因强度不足而损坏，同时也可能损害产品内部的其他零部件。因此，在产品设计阶段，应增强塑胶件及其他零部件的强度，或将其远离焊接区域，以确保焊接过程的顺利进行。

其他超声波焊接方法

除了上述提到的局限性，超声波焊接还有一些其他方法值得探讨。这些方法可能能够克服某些限制，提高焊接质量或适用性。然而，具体采用哪种方法，还需要根据实际情况和需求来决定。

点焊法：通过小型焊头，将大型塑料制品的特定点位进行焊接，或者采用整排齿状焊头直接与塑料工件相压，从而实现点焊功能。

埋植法：在塑料工件中埋入螺母或其他金属件时，可利用超声波将金属件与塑料工件相接，通过高速振动使金属件直接埋入成型塑胶内，同时使塑胶熔化，待其固化后完成埋植过程。

铆接法：超声波铆接技术利用超声波振动，将塑胶件支柱熔化成特定形状，从而将塑胶件与其他类型零件紧密结合。此方法广泛应用于塑胶件与金属端子、弹片、电路板和FPC等的紧固连接。

成型法：通过超声波的瞬间熔化作用，将塑料工件熔化成型，待塑料凝固后，可实现与金属或其他材质塑料的牢固结合。

切除法：利用焊头及底座的特殊设计，当塑料工件刚射出时，即可直接压于塑料的枝干上，通过超声波传导达到切除的效果。
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