超聲波焊接每天都在裝配線上工作，可靠地連接各種塑料和金屬部件。

超聲波焊接為組裝人員提供了極大的靈活性和快速的循環時間，可以連接許多塑料或金屬部件。超聲波塑料焊接是用于連接熱塑性塑料的最廣泛使用的工藝之一。超聲波金屬焊接越來越多地被選擇用于其他焊接工藝受到限制的應用，特别是對于不同金屬部件必須接合的挑戰性應用。

材料連接工藝已經使用超聲波能量多年。超聲波在20世紀30年代首次用于金屬晶粒細化，随後在20世紀40年代進行焊接和電阻焊接增強，然後在20世紀50年代焊接塑料和金屬部件。

超聲波塑料焊接非常适用于快速連接半晶和非晶态熱塑性塑料和熱塑性複合材料。它不适用于熱固性材料。由于這種加工過程具有通用性，經濟性和快速性，因此在幾乎所有行業都廣受歡迎，适用于從兒童玩具到醫療器械的廣泛應用。

超聲波塑料焊接是一種鍛造焊接工藝，加熱部件使其軟化和流動以産生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接産生固态焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經廣泛應用于連接諸如銅和鋁的軟材料，用于從電子到航空和汽車的應用。由于這種加工過程具有通用性，經濟性和快速性，因此在幾乎所有行業都廣受歡迎，适用于從兒童玩具到醫療器械的廣泛應用。超聲波塑料焊接是一種鍛造焊接工藝，加熱部件使其軟化和流動以産生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接産生固态焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經廣泛應用于連接諸如銅和鋁的軟材料，用于從電子到航空和汽車的應用。由于這種加工過程具有通用性，經濟性和快速性，因此在幾乎所有行業都廣受歡迎，适用于從兒童玩具到醫療器械的廣泛應用。超聲波塑料焊接是一種鍛造焊接工藝，加熱部件使其軟化和流動以産生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接産生固态焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經廣泛應用于連接諸如銅和鋁的軟材料，用于從電子到航空和汽車的應用。 相比之下，超聲波金屬焊接産生固态焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經廣泛應用于連接諸如銅和鋁的軟材料，用于從電子到航空和汽車的應用。相比之下，超聲波金屬焊接産生固态焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經廣泛應用于連接諸如銅和鋁的軟材料，用于從電子到航空和汽車的應用。

一個40千赫的超聲波塑料焊接機将蓋子連接到汽車部件的底座。

超聲波金屬焊接應用平行于接頭界面的機械振動，在強力下保持在一起的兩個表面之間形成擦洗，摩擦狀的相對運動。運動變形，剪切和拉平局部表面粗糙度，分散界面氧化物和污染物，以在表面之間産生緊密的金屬接觸，從而形成固态焊縫。

超聲波金屬焊接應用廣泛，适用于電子，汽車，航空航天，家電，醫療産品等行業。雖然幾乎所有的金屬都可以用超聲波焊接，但是典型的應用包括銅，鋁，鎂和相關軟質金屬合金（包括金和銀）的各種合金。

許多不同的金屬組合，例如鎳到銅或鋁到鋼，容易用超聲波焊接。可以在闆，片，箔，線，帶和相對的平坦表面之間形成焊接。常見的用途是将幾條絞合的銅線或焊接的銅線連接到終端。超聲波金屬焊接越來越多地用于汽車和航空航天工業的結構部件。

優點和缺點。超聲波金屬焊接的廣泛應用最容易歸功于其優點。超聲波金屬焊接是一種固态低熱處理。焊接高導熱性金屬如鋁和銅是非常好的，其中使用電阻點焊是有限的。該方法通常用于涉及多層，不同厚度，不同的材料和焊縫通過污染物和氧化物。

焊接循環快速，通常在0.5秒以下，并且該過程易于自動化。不需要諸如填充金屬或保護氣體的消耗品。焊接高導電性材料所需的能量很低，特别是與熔焊工藝相比。超聲波焊接工藝可以非常重複，在6西格瑪以内。但是，不一緻的部分将導緻一個似乎不可控制和不一緻的過程。

超聲波金屬焊接确實有限制。接頭通常限于搭接接頭。雖然幾乎所有的金屬都可以被超聲波焊接，但是可以焊接的厚度受到電源和金屬硬度的限制。通常，可焊接的厚度與硬度成反比。超聲波焊接通常用于汽車級鋁合金，最近已被證明适用于類似厚度的高強度鋼。

由于是固态工藝，因此需要一定量的變形來分散污染物和氧化物。當焊接頻率高于可聽頻率範圍時，部件可能以可聽見的較低頻率諧振。

模具問題。超聲波金屬焊接工具應用平行于接頭界面平面的機械振動。該工具包括焊接尖端和砧座，其通常具有特定于被焊接部件的形狀。焊頭可以是直接加工到超聲焊絲或喇叭中的特征，或者尖端可以是螺栓連接到超聲波發生器上的單獨部件。待焊接的部件牢固地夾在尖端和砧座之間，使得超聲能量集中在兩部分之間的界面處。

夾緊力相當高，并且工具必須是剛性的，以在施加的夾緊力下通過重複的焊接周期有效地傳遞超聲波能量。此外，雖然超聲波金屬焊接是低熱處理，部件不熔化，但是在焊接高強度金屬時，接頭可能在焊接周期期間發出紅熱。在焊接過程中，刀具材料必須抵抗焊接。

超聲波金屬焊接傳統上是模具與工件之間的粘接。因此，工具要求非常嚴格。模具必須具有高硬度以避免變形，良好的韌性避免壓裂，并具有良好的高溫優勢。

變化。最常見的超聲波金屬焊接系統産生局部超聲焊接，類似于點焊。在接頭上應用超聲能量有兩種不同的系統，稱為橫向驅動和楔形簧片，但焊接時的振動力學是相同的。

超聲波微結合（特别是超聲波楔形鍵合）的密切相關的過程本質上是用于電子互連的小規模超聲波點焊。扭轉焊接也類似于點焊，但是在這種情況下，換能器被布置成使得機械振動是角而不是線性的。因此，部件上的刀具運動是旋轉的而不是線性的。因此扭轉焊縫本質上是圓形的，并且非常适合于諸如在圓柱形容器上焊接銅和鋁蓋的應用。

接縫焊接使用與側向點焊相同的技術，但該工具是沿着接頭表面滾動的實心輪。箔袋的密封是該技術的常見應用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術是縫焊工藝的一個變體。這個過程将箔片層疊在一起，一次一個，以建立一個堅實的結構。這種快速原型制造過程将數控銑床與現場機器特征相結合。應用包括注塑模具，金屬複合裝甲和航空航天結構的腐蝕修複。接縫焊接使用與側向點焊相同的技術，但該工具是沿着接頭表面滾動的實心輪。箔袋的密封是該技術的常見應用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術是縫焊工藝的一個變體。這個過程将箔片層疊在一起，一次一個，以建立一個堅實的結構。這種快速原型制造過程将數控銑床與現場機器特征相結合。應用包括注塑模具，金屬複合裝甲和航空航天結構的腐蝕修複。接縫焊接使用與側向點焊相同的技術，但該工具是沿着接頭表面滾動的實心輪。箔袋的密封是該技術的常見應用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術是縫焊工藝的一個變體。這個過程将箔片層疊在一起，一次一個，以建立一個堅實的結構。這種快速原型制造過程将數控銑床與現場機器特征相結合。應用包括注塑模具，金屬複合裝甲和航空航天結構的腐蝕修複。稱為超聲波添加劑制造，是縫焊工藝的一個變種。這個過程将箔片層疊在一起，一次一個，以建立一個堅實的結構。這種快速原型制造過程将數控銑床與現場機器特征相結合。應用包括注塑模具，金屬複合裝甲和航空航天結構的腐蝕修複。稱為超聲波添加劑制造，是縫焊工藝的一個變種。這個過程将箔片層疊在一起，一次一個，以建立一個堅實的結構。這種快速原型制造過程将數控銑床與現場機器特征相結合。應用包括注塑模具，金屬複合裝甲和航空航天結構的腐蝕修複。

扭轉超聲波金屬焊接是圓形的，非常适用于在圓柱形容器上焊接銅和鋁蓋的應用。

超聲波塑料焊接應用垂直于接頭界面的機械振動，其通過接頭界面處的表面粗糙度之間的分子間摩擦産生熱量。當該熱量将界面處的溫度升高到其軟化溫度以上時，聚合物開始流動，導緻在振動停止之後的熔融焊接。

無定形和半結晶熱塑性塑料可以使用超聲波塑料焊接進行連接，但熱固性聚合物不能。無定形聚合物具有随機取向和纏結的聚合物鍊，在寬的溫度範圍内産生軟化。無定形聚合物鍊能夠擴散并流過其玻璃化轉變溫度。

優點和缺點。超聲波塑料焊接通常用于太複雜而不能模制成一體的部件上。快速的焊接循環時間使得該工藝非常适合生産。該過程是最通用的，因為相同的設備可以焊接不同的部件和熱塑性材料。現代超聲波設備提供了複雜的控制和監控功能，使得該過程易于自動化和控制，同時在許多競争焊接過程中仍然保持經濟優勢。

超聲波塑料焊接确實有缺點。工藝參數如功率水平，焊接力，焊接時間和停留時間之間存在很高的相互依存關系。材料性質如熔點，熔體粘度和模量均影響接頭的質量。不是所有的零件幾何都是可焊接的，并且需要特定的接頭設計。模制件的尺寸公差變得至關重要。

半結晶聚合物具有區域取向分子。這些有序結構需要高熱量輸入才能分離，并且它們不會流動直到加熱到其熔融溫度。需要更多的超聲能量來熔化具有較高熔點或玻璃化轉變溫度的塑料。半結晶聚合物傾向于耗散能量，而不是在焊接界面吸收能量。通常，焊接多晶聚合物需要更高的幅度 - 更多的功率，而不是焊接無定形聚合物。

夾具和接頭。将零件固定到位是超聲波塑料焊接成功的關鍵。事實上，夾具可能是超聲波焊接最重要的元件，其設計不容忽視。這在需要使用夾具進行快速裝載和卸載的應用中尤其具有挑戰性。

超聲波塑料焊接需要特殊的接頭設計，以将超聲波能量集中在一個小面積上，以有效和快速地促進聚合物流動。在焊接之前，零件應該接觸并能夠振動。在焊接過程中，必須控制接頭的倒塌。需要注意尺寸公差。接頭設計取決于部件要求，熱塑性的類型和零件幾何形狀。

已經使用許多技術來改善焊接一緻性。最流行的方法是使用能源總監，其是模制在頂部焊接表面上的三角形突起。在焊接過程中，能量指向器的角度點具有最大的周期應變以産生高水平的加熱并促進熔化。

由于能源總監在壓力下融化，所以向外流動。由于能量控制器遍及焊接界面，所以它接觸較冷的表面，導緻加熱速率的降低。這降低了熔化速度和位移。最終兩個零件表面接觸，并且熔化速率增加，從熔接中推出更多的熔體。這促進了聚合物鍊跨越焊接界面的纏結并産生強的鍵。當振動停止時，焊接部件在壓力下冷卻。

能量控制器隻是用于超聲波焊接的幾種聯合設計之一。 另一個流行的方法是依靠幹涉配合和剪切效應将超聲能量集中在一個小區域上。熔體有助于産生額外的熔體和焊縫。

超聲波焊接對正在連接的部件施加小幅度的高頻機械振動。這些振動的振幅為5至400微米，頻率為20至70千赫茲，高于我們的聽覺範圍。

所有超聲波焊接系統均由計算機或微處理器控制器組成。通常集成到控制器中的電源; 傳感器; 助推器 超聲波或喇叭; 和砧座。傳感器由壓電晶體組成。施加于壓電晶體的直流電壓根據極性而使其膨脹或收縮。在超聲波焊接中，來自電源的20〜70千赫茲的高頻交流電壓使得晶體交替地膨脹和收縮，這是用于超聲波焊接的機械振動的來源。

機械振動通過助推器耦合到超聲波發生器或喇叭，兩者都用于改變振動幅度以滿足特定的焊接要求。待焊接的部件通過通常由氣動或電動舵機施加的力固定在喇叭和砧座之間。機械振動的能量從喇叭傳遞到接頭界面以焊接零件。特别重要的是注意到，在焊接塑料部件時，這些振動垂直于接頭的平面施加，而在焊接金屬部件時，振動平行于接頭的平面施加。

喇叭将所有的焊接能量提供給零件，并加工成能夠使接頭界面處的超聲能量最大化。超聲波塑料焊接喇叭通常由钛或鋁合金加工而成。為了最有效地傳遞能量，喇叭的末端被設計成适合其接觸部分的幾何形狀。

喇叭設計至關重要，因為機械路徑長度必須精确調整到零件上。調諧直接影響焊接質量，每個部件設計需要不同的超聲波喇叭。正确的調諧确保了接頭界面的最大能量吸收，并将最小的能量反射回電源，大大延長了設備使用壽命。在焊接塑料部件時，例如，喇叭的長度可以等于超聲能量的一半或一個全波長，其由喇叭材料中的聲音的頻率和速度決定。

根據應用，通常可以使用三種焊接模式。單位可以按時間，能量或距離進行焊接。對于無論使用何種模式，控制器都會編寫适當的時間，距離或能量值。當滿足編程條件時，超聲能量停止。

影響焊接質量和完整性的其他參數包括超聲頻率，施加到部件上的力和振動幅度。改變任何參數可以極大地影響焊接質量。沒有最佳超聲波頻率; 許多單位在20千赫茲附近工作。

超聲波焊接需要特别注意零件尺寸和接頭設計。事實上，焊接參數是零件幾何的二次。在超聲波塑料焊接中，具有取決于零件幾何形狀和材料的特定接頭設計。超聲波金屬焊接通常隻能在搭接焊縫和有限的厚度下進行。

過程物理學很複雜 通常使用大規模實驗設計或試驗和誤差來确定焊接參數。每種材料和接頭設計在超聲波焊接過程中都會有不同的表現。

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