超聲波塑料焊接的案例
技術 | 一文秒懂超聲波焊接
一、超聲波焊接原理
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯組/模具和機架。
超聲波焊接是通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉換的高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區域，振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能，將需要焊接的部件區域熔化。超聲波不僅可以被用來焊接金屬、硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜等。本片文章主要介紹金屬和塑料焊接兩種。
1）超聲波金屬焊接原理
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法．金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將框框振動能量轉變為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升．接頭間的冶金結合是母材不發生熔化的情況下實現的一種固態焊接．因此它有效地克服了電阻焊接時所產生的飛濺和氧化等現象．超聲金屬焊機能對銅、銀、鋁、鎳等有色金屬的細絲或薄片材料進行單點焊接、多點焊接和短條狀焊接．可廣泛應用于可控硅引線、熔斷器片、電器引線、鋰電池極片、極耳的焊接。
2）超聲波塑料焊接原理
超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。
展開 塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（上）
由于效率高，人工成本低，同時省去了大量夾具、粘合劑或者機械緊固件等的使用，因此超聲波焊接是一種非常經濟的塑膠件裝配方式；
3)強度高。超聲波焊接幾乎可以達到塑膠件本體強度的80%以上，在一些應用上甚至可以與注塑成型相媲美；
4）不改變塑料狀態，超聲波塑料焊接是一種固態工藝，可以通過精確控制，振動產生的高溫只會熔化塑膠而不會過度加熱導致降解，停止工作后會迅速冷卻固化，有助于保持塑料在連接前表現出的原始材料特性。
5)合理的塑膠件結構設計可以使得超聲波焊接達到一定程度的水密或氣密效果；
6)表面質量好，焊點美觀，可以實現無縫焊接；
7)工序簡潔，操作簡單，可以實現自動化焊接；
8)品質穩定，產品質量穩定可靠，焊接故障率低，適宜大批量生產；
9)超聲波焊接過程清潔，無需其他粘合劑，能源和材料效率高。
2、缺點：
1）超聲波焊接機的初始投資相對昂貴；
2）超聲波塑料焊機需要定制焊頭以及工裝，適應性差；
3）零件大小和形狀的限制，中小型的塑膠件適合超聲波焊接，常用的超聲波焊接機有尺寸限制（通常長度<250mm），形狀太過于復雜（主要指焊接區高度方向），焊接質量難以保證；
4）超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法像螺絲卡扣等連接方式一樣進行反復拆卸。一旦兩個零件過超聲波焊接裝配成一體，之后如果發現產品存在質量問題，那么也無法進行返工。
5）超聲波焊接會產生振動，振動會對塑膠某些應力集中部位產生不利影響（開裂），同時振動也可能會對內部裝配的電子元器件產生一定程度的傷害。
6）超聲波焊接對塑膠材料有一定的局限性，
超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于—種或者相似塑料之間的焊接。
那些材料適合超聲波焊接？
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支持pp編織袋、PE塑料膜、復合膜等，尤其適合多層復合材料的密封。操作簡單、設備穩定、封口質量高。
超聲波封口機憑借高效、可靠、環保的特性，成為農業化學品包裝領域的優選方案。其核心價值在于解決傳統封口工藝的泄漏隱患與效率瓶頸，同時滿足現代生產線對智能化、輕量化的需求。隨著綠色包裝標準的普及，超聲波封口技術將在更多高要求密封場景中替代傳統工藝。
超聲波焊接在汽車線束生產中的應用
一、超聲波焊接原理：超聲波線束焊接是目前汽車線束焊接的一種常用工藝，原理是通過高頻的振動是焊接材料表面重新組合。超聲波焊接能耗低，無污染，焊接牢固且內阻低，不改變焊接件的化學性質。焊接導電性能優良。
二、與傳統的壓接點焊相比，超聲波線束焊的優點如下：
1、焊接時間短，效率大大提高，快速而節能；
2、焊接材料不熔融、不脆弱導體特性；
3、焊接后導電性能優越，強度高，電阻系極低或近乎零；
4、不需要任何助焊劑、氣體、焊料；
5、焊接無火花、煙塵，環保安全；
6、焊接過程穩定，在線檢測控制。
3.
三、超聲波線束焊接在汽車線束生產過程中的應用
汽車線束是汽車電路的網絡主體，汽車正常工作的神經元。沒有線束也就不存在汽車電路。傳統的汽車線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子（連接器）與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。
隨著汽車電子產品和各種通訊設備進入汽車，對汽車線束傳輸的電信號的要求也日益苛刻。為應對這些高精度電壓和信號傳輸的要求，傳統的線束制造工藝上采用了一些特殊材料，比如雙絞線、屏蔽線、鍍金端子等。然而，在多數的電子控制設備和一些特殊信號上仍然顯得無濟于事，例如CAN控制器信號傳輸線路、安全氣囊信號傳輸線路以及一些音頻信號傳輸線路。現有的端子導線對壓接工藝盡管采用了以上特殊材料，但在上述信號傳輸線路中，信號偶爾還是出現失真或較大衰減。
1 端子壓接工藝的研究
采用傳統壓接工藝壓接的汽車線纜，經解剖放大發現在銅絲與銅絲之間、銅絲與端子壁之間形成空洞[1]。
展開 淺析汽車線束在超聲波焊接后的撕裂力
這層氧化銅會阻礙銅分子之間的熔合，從而影響焊接后的撕裂力。通過對比試驗發現，導體表面氧化程度越深，則焊接后的撕裂力越小，因此在電線的整個生產過程中都要做好防氧化處理。若待焊接的汽車電線采用的是緊壓導體，最好在導體絞合緊壓時使用0.1%～0.4%的苯丙三氮唑酒精溶液，將抗氧劑溶解在工業酒精中，用輸液管滴入束絞的單絲或并絲中，以起潤滑和冷卻束絞線的作用，可防止緊壓導體在銅絞線過拉拔模時因溫度升高而引起的表面氧化，還可對拉絲過程中銅絲表面的殘留物起到清洗作用，進而可以達到更好的焊接效果。
(3) 塑料析出物。
待焊接的電線應遵循先進先出原則，盡量減少庫存時間。避免因長時間存放導致塑料的析出物粘附在導體表面，影響焊接質量。
圖3 是2TBD 0.35 電線超聲波焊接后的撕裂力隨電線存放時間的變化。從曲線的變化趨勢可以看出，電線存放時間越長，導體表面粘附的塑料析出物就越多，焊接質量越差，撕裂力越小; 反之則撕裂力越大。因此，需超聲波焊接的電線應在半年內使用，超過半年的電線再進行超聲波焊接時撕裂力會大大降低，甚至出現不合格的情況。
圖3 撕裂力隨存放時間的變化
(4) 雜質。
使用壓縮空氣冷卻焊頭時，應保證壓縮空氣干凈、干燥，避免水氣、油污等污染焊頭或導體表面，影響焊接質量; 需定期對焊頭進行清理，防止焊接時殘留的銅屑、灰塵等粘附在焊接區及焊頭表面，影響焊接質量; 電線在裁斷剝頭時，要確保將塑料層完全剝除，焊接段的導體上不能有殘留的塑料屑，防止其阻礙超聲波焊接時導體間分子的熔合。
展開 淺析汽車線束在超聲波焊接后的撕裂力
這層氧化銅會阻礙銅分子之間的熔合，從而影響焊接后的撕裂力。通過對比試驗發現，導體表面氧化程度越深，則焊接后的撕裂力越小，因此在電線的整個生產過程中都要做好防氧化處理。若待焊接的汽車電線采用的是緊壓導體，最好在導體絞合緊壓時使用0.1%～0.4%的苯丙三氮唑酒精溶液，將抗氧劑溶解在工業酒精中，用輸液管滴入束絞的單絲或并絲中，以起潤滑和冷卻束絞線的作用，可防止緊壓導體在銅絞線過拉拔模時因溫度升高而引起的表面氧化，還可對拉絲過程中銅絲表面的殘留物起到清洗作用，進而可以達到更好的焊接效果。
(3) 塑料析出物。
待焊接的電線應遵循先進先出原則，盡量減少庫存時間。避免因長時間存放導致塑料的析出物粘附在導體表面，影響焊接質量。
圖3 是2TBD 0.35 電線超聲波焊接后的撕裂力隨電線存放時間的變化。從曲線的變化趨勢可以看出，電線存放時間越長，導體表面粘附的塑料析出物就越多，焊接質量越差，撕裂力越小; 反之則撕裂力越大。因此，需超聲波焊接的電線應在半年內使用，超過半年的電線再進行超聲波焊接時撕裂力會大大降低，甚至出現不合格的情況。
圖3 撕裂力隨存放時間的變化
(4) 雜質。
使用壓縮空氣冷卻焊頭時，應保證壓縮空氣干凈、干燥，避免水氣、油污等污染焊頭或導體表面，影響焊接質量; 需定期對焊頭進行清理，防止焊接時殘留的銅屑、灰塵等粘附在焊接區及焊頭表面，影響焊接質量; 電線在裁斷剝頭時，要確保將塑料層完全剝除，焊接段的導體上不能有殘留的塑料屑，防止其阻礙超聲波焊接時導體間分子的熔合。
展開 經典模擬案例9-超聲波焊接（結果展示）
本人長期從事ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等），復合材料固化（基于子程序uexpan、heatval、usdfld等)，粉末燒結模擬（基于子程序），蠕變，彈塑性變形模擬，常規熱力耦合等。
本人只研究ABAQUS一個軟件，因此對軟件認識比較深入，對于ABAQUS軟件數值模擬非常有經驗，目前已經完成有2000+的模擬案例。
如若有技術支持需要，可聯系我QQ 284589695。
展開 導線與端子超聲波焊接標準USCAR-38解讀
周邊區域損壞
焊接端子以及周邊零部件（500mm 以內）不允許受到損壞。檢查需包括材料是否有裂紋、端子間隙是否變大、點焊裂紋、端子折彎角度變化。圖4.2.5-8 為示例：常見缺陷—點焊出現裂紋。
三、超聲波焊接剖面分析
接受標準：
四、超聲波焊接拉力和剝離力測試
驗收標準：
五、電阻測量（干電路和電壓降）
接受標準：
塑膠件的結構設計：超聲波焊接篇（中）
因為通過超聲波振動效應熔化高熔點的材料需要更久的時間，顯然超聲波焊接效率的優勢就明顯降低，此種情況應該選擇其它焊接工藝，如熱板焊接等。
3、難焊接的材料，除非部件設計可以彌補材料性能對焊接的影響。例如，焊接低儲能模量材料時（如彈性體、聚丙烯和聚乙烯等），焊頭和焊接面之間的距離應該盡可能小（近場焊接）。
4、塑膠中填料的影響
填料如玻璃纖維、滑石粉、云母等，它們改變了材料的物理特性，塑料中填料的含量與塑料的可焊性和焊接質量密切相關，填料含量低于20%的塑料無需特殊處理即可正常焊接，當填料含量超過30%時，混合物沒有足夠的流動性，不能流入兩側形成更多的粘接區域，因此焊縫表面塑料比例不足，分子間融合不足，焊接強度會降低。
舉例：PPS（聚苯硫醚）是一種半結晶熱塑性塑料，具有陡峭的熔融曲線和較高的熔化溫度（285°C)，其純料PPS不適合超聲波焊接。但在添加玻璃纖維和其它填料后，因PPS混合物剛度大大增加，有助于超聲波振動傳遞，所以可用超聲波焊接。在焊接筋設計合理的條件下，玻纖含量40% PPS可以很容易焊接。然而繼續增加玻纖含量和礦物粉時，因為混合物中樹脂成分含量變低了，導致超聲焊接困難。
解決方法：
對于這類填料含量高的塑膠件不適合使用三角導筋或臺階焊筋焊接，常常使用剪切縫，在焊接過程中連接界面上會產生類似的涂層動作，使熔融塑料產生更大的流動性，因此能夠更容易焊接，同時剪切縫熔化粘接面積較大，所以也有利于密封。
焊接強度的影響：
填料含量高的塑膠件，其焊縫的強度通常比本體材料低得多。因為焊縫上幾乎沒有什么玻璃纖維，所以焊縫強度主要取決于樹脂本身的強度。即便是在焊接純樹脂材料（不含玻璃纖維增強）時，焊縫強度通常也沒有本體材料大。
5、潤滑劑、脫模劑和雜質的影響。
展開 超聲波焊接在汽車線束加工中應用
1
超聲波焊接在汽車行業的發展
1955年美國航空部在登月項目中由美國Sonobond公司前身AerospaceProject發明超聲波金屬焊接技術。
80年代后，超聲波金屬焊接技術就廣泛應用于線束焊接（重點是汽車行業的低壓及通訊線束）。小于30mm2的銅線與銅線焊接。
2016年以后，由于電動汽車行業的變革，高壓線在汽車里應用已成為非常重要的領域。
【端子】高壓連接器之超聲波焊接的技術詳解
在新能源汽車領域，高壓連接器的超聲波焊接技術只是冰山一角，還有許多技術需要突破和創新。
超聲波焊接
超聲波焊接
是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。
超聲波焊接通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40 KHz
電能
。
（某款超聲波焊接機）
被轉換的高頻電能通過換能器
再次被轉換成為同等頻率的
機械運動
，隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。
焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區域，振動能量被通過摩擦方式
轉換成熱能
，將金屬熔化。
一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯組，模具和機架 。
如上圖所示。
金屬焊接原理
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率（超過16KHz ）的機械振動能量，連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法。
金屬在進行超聲波焊接時，既不向工件輸送電流，也不向工件施以高溫熱源，只是在靜壓力之下，將線框振動能量轉變為工件間的摩擦功、形變能及有限的溫升。
展開 TPU或EVA膠膜超聲波搭接焊接機
TPU或EVA膠膜超聲波搭接焊接機效率快，母材本體熔合，強度接近原材料，無耗材，無VOC排放。適用PBT，PA66，ABS，PC，PP，亞克力，PU，PS，POM，PPO，PPE，PTFE，PE等多種塑料材料的焊接。
電動汽車連接線束銅線鋁線超聲波焊接機設備介紹
電動汽車連接線束銅線鋁線超聲波焊接機適合焊接鋁和鎳、鎳和銅箔、鋁和鋁箔、多層銅箔、多層鋁箔、多層銅網、多層鋁網、鋁蓋板和鋁條、鋁鎳復合帶和鋁蓋板、鋁殼底部和鋁鎳復合帶雙點，80層銅箔、100層鋁箔、多層銀片、多層鎳片等產品。
結構組成：主要有機架、換能器系統、機頭、超聲波發生器等主要部件組成。
把高頻電能通過換能器轉換成機械振動能作用于金屬線束上，當振動摩擦生熱的溫度到達線束金屬熔點時，線束就會熔化，并且線束在融合的同時線束焊接裝置會施加一定的壓力，最后線束焊接裝置移開并停止機械振動，就會形成線束焊接效果。
展開 超聲波傳感器精確地識別和跟蹤焊縫的位置 提高焊接質量和效率
在焊接過程中，焊縫的準確跟蹤對于確保焊接質量至關重要。傳統的焊接方法可能需要人工干預以確保焊縫的準確對齊，但隨著技術的發展，焊縫自動跟蹤傳感器在焊接領域的應用越來越廣泛。這種傳感器能夠精確地識別和跟蹤焊縫的位置，從而提高焊接質量和效率。下面工采網小編和大家了解一下超聲波傳感器在焊接中的應用。
超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞來感知兩個需焊接的物體表面焊縫的位置，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U特別適用于厚壁材料和難以直接觀察的焊縫。超聲波傳感器能夠穿透材料表面，檢測到焊縫的準確位置，為焊接作業提供有力的支持。
超聲波測距傳感器模塊 - HG-C40U是一款尺寸為50x22x25(mm)、Φ16傳感器的模塊，可測量到障礙物的距離為3.5m (at 5V)、5m (at 12V)，分辨率在5mm以內。另一方面HG-C40U 還具備兩個輸入電壓：5V 和 12V。出廠默認設為 12V。如果用戶想要更改，可以短接（焊接）JP1 變為 5V。
距離 1 測量
將物體放置在距離 HG-C40U 約 100mm 處 (用尺或其他測量裝置測量，盡量接近該距離)
打開 HGC40U 監控器 1.11.0923-01 程序在 ‘Calibration’標簽下的‘Distance 1’ 方框①中輸入精確距離 (100mm)點擊② ‘Get’ 按鈕。
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