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超声波焊接工艺全面解析「附视频」

泰然健康网
2025-08-12 11:06

一、超声波焊接的原理

超声波焊接是通过高频振动波的传递，将能量作用于待焊接的两个物体表面。在施加压力的同时，这些高频振动波会使两个物体的表面产生摩擦，进而促使分子层之间的熔合。

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、模具以及机架等核心组件。

超声波焊接系统通过一系列转换，将50/60赫兹的电流高效转化为15、20、30或40 KHz的高频电能。这些电能经过换能器的进一步转换，变为机械运动，并通过变幅杆装置传递至焊头。焊头将机械振动能量集中作用于待焊接工件的接合部，通过摩擦将振动能量高效转化为热能，从而熔化需要焊接的部件区域。这一技术不仅适用于金属和硬热塑性塑料的焊接，还可用于织物和薄膜的加工。本文将重点探讨金属和塑料的焊接工艺。
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（超过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功、形变能及有限的温升。这种冶金结合方式是在母材不熔化的情况下实现的固态焊接，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材料进行单点、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。

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超声波金属焊接的独特之处

超声波金属焊接，以其独特的焊接原理，在金属加工领域占据了一席之地。它利用超过16KHz的超声频率，通过机械振动能量将同种或异种金属连接在一起。在焊接过程中，金属工件无需承受电流或高温，而是在静压力的作用下，将振动能量转化为摩擦功、形变能及有限的温升。这种焊接方式实现了固态冶金结合，确保了母材不熔化，从而有效避免了电阻焊接时可能出现的飞溅和氧化问题。此外，超声金属焊机还能对铜、银、铝、镍等有色金属的细丝或薄片材料进行高效、精准的单点、多点及短条状焊接，广泛应用于多个行业，如可控硅引线、熔断器片、电器引线以及锂电池极片等的制造。

二、2）超声波塑料焊接的原理

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传递到焊区，由于焊区声阻大，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，从而在焊区聚集，导致两个塑料接触面迅速熔化。在施加一定压力后，这两个熔化的塑料面会融合成一体。当超声波停止作用时，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。焊接强度可接近原材料强度。

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相互作用的适宜值。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。此外，施加的压力也不能过大，最佳压力通常与焊接部分的边长和边缘每1mm的最佳压力之积相关。

三、超声波塑料焊接的应用方法

超声波塑料焊接是一种高效且精确的连接技术，广泛应用于多个行业。其应用方法主要包括以下几个方面：首先，根据待焊接塑料的类型和厚度，选择合适的超声波焊接机；其次，调整焊接参数，如振幅、压力和焊接时间，以达到理想的焊接效果；然后，将待焊接的塑料件置于焊接机的工作台上，进行定位和夹紧；最后，启动焊接机，进行超声波熔焊。在焊接过程中，需密切关注塑料件的熔化情况和焊接质量，确保焊接的牢固性和美观性。
）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合面产生摩擦热，从而实现瞬间熔融与接合。这种焊接方法的强度可与塑料本体相媲美，并且通过合理的工件设计和接口构造，可以达到防水、防气的密封效果。此外，它还避免了使用辅助品的不便，实现了高效且清洁的熔接过程。
2）埋植法：
通过焊头的传导作用和适当的压力，金属零件（例如螺母、螺杆等）能够瞬间被挤入塑料孔内，并固定在特定深度。这种方法在完成后，无论是在拉力还是扭力方面，其强度都能与传统模具内成型的零件相媲美。同时，它还避免了射出模可能遭受的损伤以及射出速度缓慢的问题。

埋植法通过焊头的传导与适宜压力，使金属零件如螺母、螺杆等能迅速挤入塑料孔中，并精准固定在预定深度。此法不仅在拉力与扭力强度上可与传统模具相媲美，更避免了射出模可能遭受的损害及射出速度过慢的弊端。
3）铆焊技术：
铆焊法涉及使用振动的焊头来压制物品的突起部分，使其热熔并形成铆钉状结构。这一过程实现了两个物体之间的机械铆合。

铆焊技术是一种通过振动焊头来压制物品突起部分，使其热熔并形成铆钉状结构的工艺方法。这一技术实现了两个物体之间的牢固机械铆合。
4）点焊
点焊是一种针对焊线设计困难的物体所采用的焊接方法，通过在物体上选择若干个点进行焊接，同样能够实现熔接的效果。

）点焊的应用
对于那些焊线设计具有挑战性的物体，点焊方法展现出其独特优势。通过在物体上精心选取若干个点进行焊接，同样可以达到熔接的目的，从而确保焊接的质量和效率。
5）成型工艺
与铆焊法相仿，成型工艺通过将凹状焊头压在塑胶品外圈，利用焊头发出的超音波超高频振动，将塑胶熔融并包覆在金属物件上，从而实现固定效果。这一过程不仅确保了固定的稳固性，还使得外观光滑且美观。该工艺在电子类产品的固定成形，如喇叭的固定，以及化妆品类产品的镜片固定等方面有着广泛的应用。

四、成型工艺的优点

成型工艺相较于传统的铆焊法，具有显著的优越性。它通过凹状焊头对塑胶品外圈的压紧，以及焊头发出的超音波超高频振动，能够高效地将塑胶熔融并均匀地包覆在金属物件上，从而实现稳固的固定效果。这一工艺不仅提升了固定的稳定性，更使得产品外观呈现出光滑且美观的特性。因此，在电子类产品如喇叭的固定，以及化妆品类产品如镜片的固定等方面，成型工艺都展现出了广泛的应用前景。
）超声波金属焊接的诸多优点包括：
a、在焊接过程中，金属材料不会熔融，从而保持其原有的金属特性，不致变得脆弱。
b、焊接完成后，产品的导电性能优异，电阻系数极低，甚至近乎为零。
c、该焊接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表面都可以进行焊接。
d、焊接时间短暂，且整个过程无需使用助焊剂、气体或焊料，简化了操作流程。
e、焊接时无火花产生，确保了环保与安全。
）超声波塑料焊接的显著优势有：
a、其焊接速度迅捷，且焊接强度高、密封性能优越。
b、这一工艺不仅成本低廉，更替了传统的焊接或粘接方式，而且清洁无污染，不会对工件造成损伤。
c、在焊接过程中，系统的稳定性得以确保，所有相关参数均可通过软件进行实时监控。如此，一旦发现任何故障，便能迅速进行排除与维护。

五、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领域，包括汽车制造、医疗器械、电子设备等。其独特的焊接方式和优越的性能，使得它成为这些行业中不可或缺的一部分。无论是金属与塑料的连接，还是塑料与塑料的融合，超声波塑料焊接都能轻松应对，确保高效、高质量的焊接结果。
）、镍氢电池中，镍网与镍片的互熔连接。
）、锂电池及聚合物电池制造过程中，铜箔与镍片、铝箔与铝片的互熔需求。
）、电线互熔，包括单条电线与多条电线的融合。
）、电线与各类电子元件、接点、连接器的焊接。
）、家电及汽车用品中，大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔工艺。
6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，涉及异种金属片的互熔技术。
7）、金属管封尾、切断工艺，确保水、气密性。

六、应用前景

超音波焊接技术，以其独特的优势，在各个行业中得到了广泛的认可。其特点包括快速、高效、环保以及连接的牢固性，使得它在众多应用领域中脱颖而出。
）汽车行业：超音波焊接技术在汽车制造中发挥着关键作用，特别是对于大件和不规则工件的焊接，如保险杠、前后门、灯具和刹车灯等，都可以通过计算机程序进行精准控制。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加。新能源汽车行业的崛起，更是让超音波焊接技术在电池等领域得到了广泛应用。

）家电领域：超音波焊接技术在家电产品制造中同样发挥着重要作用。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：超音波焊接技术还广泛应用于软管封口和特殊打包带的连接，确保包装的密封性和牢固性。

9、玩具制造：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，从而降低了生产成本，提高了市场竞争力。

10、电子行业：超音波焊接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需求。

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