超声波金属焊接和超声波塑料焊接：原理、应用与优劣分析

超声波金属焊接和超声波塑料焊接：原理、应用与优劣分析

超声波焊接技术在现代制造业中扮演着重要角色，广泛应用于塑料和金属部件的连接。本文将详细介绍超声波金属焊接和超声波塑料焊接的技术原理、应用领域、优缺点以及具体操作方法。

图1：超声波焊接在装配线上的应用

超声波焊接的历史与发展

材料连接工艺已经使用超声波能量多年。超声波在20世纪30年代首次用于金属晶粒细化，随后在20世纪40年代进行焊接和电阻焊接增强，然后在20世纪50年代焊接塑料和金属部件。

超声波塑料焊接

超声波塑料焊接非常适用于快速连接半晶和非晶态热塑性塑料和热塑性复合材料。它不适用于热固性材料。由于这种加工过程具有通用性，经济性和快速性，因此在几乎所有行业都广受欢迎，适用于从儿童玩具到医疗器械的广泛应用。

超声波塑料焊接是一种锻造焊接工艺，加热部件使其软化和流动以产生焊缝。一个40千赫的超声波塑料焊接机将盖子连接到汽车部件的底座。

图2：40千赫超声波塑料焊接机工作示意图

优点与缺点

• 优点：快速的焊接循环时间，设备通用性强，易于自动化和控制，成本经济。
• 缺点：工艺参数相互依赖性高，材料性质影响接头质量，零件几何形状限制焊接可行性。

超声波金属焊接

超声波金属焊接通过在接头界面平行施加机械振动，形成固态焊缝，不熔化金属。这种焊接方式广泛应用于电子、汽车、航空航天、家电、医疗产品等行业。

应用领域

• 典型应用：铜、铝、镁及其合金的焊接。
• 特殊应用：多层、不同厚度、不同材料的焊接，以及通过污染物和氧化物的焊接。

优点与缺点

• 优点：焊接循环快速（通常在0.5秒以下），易于自动化，无需填充金属或保护气体，焊接高导电性材料所需的能量低。
• 缺点：接头通常限于搭接接头，焊接厚度受电源和金属硬度限制，需要一定量的变形来分散污染物和氧化物。

超声波金属焊接工具与模具

超声波金属焊接工具包括焊接尖端和砧座，通常具有特定于被焊接部件的形状。模具要求高硬度、良好韧性以及高温优势。

超声波焊接技术变种

• 局部超声焊接：类似于点焊。
• 超声波微结合：用于电子互连的小规模焊接。
• 扭转焊接：旋转运动的焊接方式，适合圆柱形容器的焊接。
• 接缝焊接：使用实心轮沿接头表面滚动，常见于箔袋密封。
• 超声波添加剂制造：通过层叠箔片建立固体结构，应用于快速原型制造。

超声波塑料焊接原理

超声波塑料焊接通过垂直于接头界面的机械振动，产生分子间摩擦热量，使聚合物软化流动形成焊缝。无定形和半结晶热塑性塑料可以使用超声波塑料焊接进行连接，但热固性聚合物不能。

接头设计与夹具

• 能量总监：模制在顶部焊接表面上的三角形突起，用于集中能量。
• 干涉配合：依靠剪切效应集中超声能量。

超声波焊接系统

所有超声波焊接系统均由计算机或微处理器控制器组成，包括电源、传感器、助推器、超声波喇叭和砧座。机械振动通过助推器耦合到超声波发生器，待焊接的部件通过气动或电动舵机施加的力固定在喇叭和砧座之间。

焊接模式

• 时间模式
• 能量模式
• 距离模式

结论

超声波焊接技术凭借其快速、经济、灵活的特点，在现代制造业中占据重要地位。无论是金属还是塑料部件的连接，超声波焊接都能提供高质量、高效率的解决方案。随着技术的不断发展，超声波焊接在更多领域的应用前景将更加广阔。

本文原文来自chaoshengbohanjieji.com