超聲波金屬焊接和超聲波塑料焊接相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

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(huán)時(shí)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(yīng)用，特別是對(duì)于不同金屬部件必須接合的挑戰(zhàn)性應(yīng)用。

材料連接工藝已經(jīng)使用超聲波能量多年。超聲波在20世紀(jì)30年代首次用于金屬晶粒細(xì)化，隨后在20世紀(jì)40年代進(jìn)行焊接和電阻焊接增強(qiáng)，然后在20世紀(jì)50年代焊接塑料和金屬部件。

超聲波塑料焊接非常適用于快速連接半晶和非晶態(tài)熱塑性塑料和熱塑性復(fù)合材料。它不適用于熱固性材料。由于這種加工過程具有通用性，經(jīng)濟(jì)性和快速性，因此在幾乎所有行業(yè)都廣受歡迎，適用于從兒童玩具到醫(yī)療器械的廣泛應(yīng)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(dòng)以產(chǎn)生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接產(chǎn)生固態(tài)焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用。由于這種加工過程具有通用性，經(jīng)濟(jì)性和快速性，因此在幾乎所有行業(yè)都廣受歡迎，適用于從兒童玩具到醫(yī)療器械的廣泛應(yīng)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(dòng)以產(chǎn)生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接產(chǎn)生固態(tài)焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用。由于這種加工過程具有通用性，經(jīng)濟(jì)性和快速性，因此在幾乎所有行業(yè)都廣受歡迎，適用于從兒童玩具到醫(yī)療器械的廣泛應(yīng)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(dòng)以產(chǎn)生焊縫。相比之下，超聲波金屬焊接產(chǎn)生固態(tài)焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用。相比之下，超聲波金屬焊接產(chǎn)生固態(tài)焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用。相比之下，超聲波金屬焊接產(chǎn)生固態(tài)焊縫，而不熔化賤金屬。超聲波金屬焊接已經(jīng)廣泛應(yīng)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(yīng)用。

一個(gè)40千赫的超聲波塑料焊接機(jī)將蓋子連接到汽車部件的底座。

焊接金屬零件

超聲波金屬焊接應(yīng)用平行于接頭界面的機(jī)械振動(dòng)，在強(qiáng)力下保持在一起的兩個(gè)表面之間形成擦洗，摩擦狀的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)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，以在表面之間產(chǎn)生緊密的金屬接觸，從而形成固態(tài)焊縫。

超聲波金屬焊接應(yīng)用廣泛，適用于電子，汽車，航空航天，家電，醫(yī)療產(chǎn)品等行業(yè)。雖然幾乎所有的金屬都可以用超聲波焊接，但是典型的應(yīng)用包括銅，鋁，鎂和相關(guān)軟質(zhì)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?？梢栽诎澹?，箔，線，帶和相對(duì)的平坦表面之間形成焊接。常見的用途是將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(yè)的結(jié)構(gòu)部件。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。超聲波金屬焊接的廣泛應(yīng)用最容易歸功于其優(yōu)點(diǎn)。超聲波金屬焊接是一種固態(tài)低熱處理。焊接高導(dǎo)熱性金屬如鋁和銅是非常好的，其中使用電阻點(diǎn)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(huán)快速，通常在0.5秒以下，并且該過程易于自動(dòng)化。不需要諸如填充金屬或保護(hù)氣體的消耗品。焊接高導(dǎo)電性材料所需的能量很低，特別是與熔焊工藝相比。超聲波焊接工藝可以非常重復(fù)，在6西格瑪以內(nèi)。但是，不一致的部分將導(dǎo)致一個(gè)似乎不可控制和不一致的過程。

超聲波金屬焊接確實(shí)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(jí)鋁合金，最近已被證明適用于類似厚度的高強(qiáng)度鋼。

由于是固態(tài)工藝，因此需要一定量的變形來分散污染物和氧化物。當(dāng)焊接頻率高于可聽頻率范圍時(shí)，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(yīng)用平行于接頭界面平面的機(jī)械振動(dòng)。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(fā)生器上的單獨(dú)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(dāng)高，并且工具必須是剛性的，以在施加的夾緊力下通過重復(fù)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(qiáng)度金屬時(shí)，接頭可能在焊接周期期間發(fā)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(tǒng)上是模具與工件之間的粘接。因此，工具要求非常嚴(yán)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(yōu)勢(shì)。

變化。最常見的超聲波金屬焊接系統(tǒng)產(chǎn)生局部超聲焊接，類似于點(diǎn)焊。在接頭上應(yīng)用超聲能量有兩種不同的系統(tǒng)，稱為橫向驅(qū)動(dòng)和楔形簧片，但焊接時(shí)的振動(dòng)力學(xué)是相同的。

超聲波微結(jié)合（特別是超聲波楔形鍵合）的密切相關(guān)的過程本質(zhì)上是用于電子互連的小規(guī)模超聲波點(diǎn)焊。扭轉(zhuǎn)焊接也類似于點(diǎn)焊，但是在這種情況下，換能器被布置成使得機(jī)械振動(dòng)是角而不是線性的。因此，部件上的刀具運(yùn)動(dòng)是旋轉(zhuǎn)的而不是線性的。因此扭轉(zhuǎn)焊縫本質(zhì)上是圓形的，并且非常適合于諸如在圓柱形容器上焊接銅和鋁蓋的應(yīng)用。

接縫焊接使用與側(cè)向點(diǎn)焊相同的技術(shù)，但該工具是沿著接頭表面滾動(dòng)的實(shí)心輪。箔袋的密封是該技術(shù)的常見應(yīng)用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術(shù)是縫焊工藝的一個(gè)變體。這個(gè)過程將箔片層疊在一起，一次一個(gè)，以建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)。這種快速原型制造過程將數(shù)控銑床與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器特征相結(jié)合。應(yīng)用包括注塑模具，金屬?gòu)?fù)合裝甲和航空航天結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)。接縫焊接使用與側(cè)向點(diǎn)焊相同的技術(shù)，但該工具是沿著接頭表面滾動(dòng)的實(shí)心輪。箔袋的密封是該技術(shù)的常見應(yīng)用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術(shù)是縫焊工藝的一個(gè)變體。這個(gè)過程將箔片層疊在一起，一次一個(gè)，以建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)。這種快速原型制造過程將數(shù)控銑床與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器特征相結(jié)合。應(yīng)用包括注塑模具，金屬?gòu)?fù)合裝甲和航空航天結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)。接縫焊接使用與側(cè)向點(diǎn)焊相同的技術(shù)，但該工具是沿著接頭表面滾動(dòng)的實(shí)心輪。箔袋的密封是該技術(shù)的常見應(yīng)用。一種稱為超聲波添加劑制造的新技術(shù)是縫焊工藝的一個(gè)變體。這個(gè)過程將箔片層疊在一起，一次一個(gè)，以建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)。這種快速原型制造過程將數(shù)控銑床與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器特征相結(jié)合。應(yīng)用包括注塑模具，金屬?gòu)?fù)合裝甲和航空航天結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)。稱為超聲波添加劑制造，是縫焊工藝的一個(gè)變種。這個(gè)過程將箔片層疊在一起，一次一個(gè)，以建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)。這種快速原型制造過程將數(shù)控銑床與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器特征相結(jié)合。應(yīng)用包括注塑模具，金屬?gòu)?fù)合裝甲和航空航天結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)。稱為超聲波添加劑制造，是縫焊工藝的一個(gè)變種。這個(gè)過程將箔片層疊在一起，一次一個(gè)，以建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)。這種快速原型制造過程將數(shù)控銑床與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器特征相結(jié)合。應(yīng)用包括注塑模具，金屬?gòu)?fù)合裝甲和航空航天結(jié)構(gòu)的腐蝕修復(fù)。

扭轉(zhuǎn)超聲波金屬焊接是圓形的，非常適用于在圓柱形容器上焊接銅和鋁蓋的應(yīng)用。

焊接塑料件

超聲波塑料焊接應(yīng)用垂直于接頭界面的機(jī)械振動(dòng)，其通過接頭界面處的表面粗糙度之間的分子間摩擦產(chǎn)生熱量。當(dāng)該熱量將界面處的溫度升高到其軟化溫度以上時(shí)，聚合物開始流動(dòng)，導(dǎo)致在振動(dòng)停止之后的熔融焊接。

無定形和半結(jié)晶熱塑性塑料可以使用超聲波塑料焊接進(jìn)行連接，但熱固性聚合物不能。無定形聚合物具有隨機(jī)取向和纏結(jié)的聚合物鏈，在寬的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生軟化。無定形聚合物鏈能夠擴(kuò)散并流過其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。超聲波塑料焊接通常用于太復(fù)雜而不能模制成一體的部件上。快速的焊接循環(huán)時(shí)間使得該工藝非常適合生產(chǎn)。該過程是最通用的，因?yàn)橄嗤脑O(shè)備可以焊接不同的部件和熱塑性材料?，F(xiàn)代超聲波設(shè)備提供了復(fù)雜的控制和監(jiān)控功能，使得該過程易于自動(dòng)化和控制，同時(shí)在許多競(jìng)爭(zhēng)焊接過程中仍然保持經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

超聲波塑料焊接確實(shí)有缺點(diǎn)。工藝參數(shù)如功率水平，焊接力，焊接時(shí)間和停留時(shí)間之間存在很高的相互依存關(guān)系。材料性質(zhì)如熔點(diǎn)，熔體粘度和模量均影響接頭的質(zhì)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(shè)計(jì)。模制件的尺寸公差變得至關(guān)重要。

半結(jié)晶聚合物具有區(qū)域取向分子。這些有序結(jié)構(gòu)需要高熱量輸入才能分離，并且它們不會(huì)流動(dòng)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(diǎn)或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的塑料。半結(jié)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。將零件固定到位是超聲波塑料焊接成功的關(guān)鍵。事實(shí)上，夾具可能是超聲波焊接最重要的元件，其設(shè)計(jì)不容忽視。這在需要使用夾具進(jìn)行快速裝載和卸載的應(yīng)用中尤其具有挑戰(zhàn)性。

超聲波塑料焊接需要特殊的接頭設(shè)計(jì)，以將超聲波能量集中在一個(gè)小面積上，以有效和快速地促進(jìn)聚合物流動(dòng)。在焊接之前，零件應(yīng)該接觸并能夠振動(dòng)。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(shè)計(jì)取決于部件要求，熱塑性的類型和零件幾何形狀。

已經(jīng)使用許多技術(shù)來改善焊接一致性。最流行的方法是使用能源總監(jiān)，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(diǎn)具有最大的周期應(yīng)變以產(chǎn)生高水平的加熱并促進(jìn)熔化。

由于能源總監(jiān)在壓力下融化，所以向外流動(dòng)。由于能量控制器遍及焊接界面，所以它接觸較冷的表面，導(dǎo)致加熱速率的降低。這降低了熔化速度和位移。最終兩個(gè)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(jìn)了聚合物鏈跨越焊接界面的纏結(jié)并產(chǎn)生強(qiáng)的鍵。當(dāng)振動(dòng)停止時(shí)，焊接部件在壓力下冷卻。

能量控制器只是用于超聲波焊接的幾種聯(lián)合設(shè)計(jì)之一。另一個(gè)流行的方法是依靠干涉配合和剪切效應(yīng)將超聲能量集中在一個(gè)小區(qū)域上。熔體有助于產(chǎn)生額外的熔體和焊縫。

它是如何工作的？

超聲波焊接對(duì)正在連接的部件施加小幅度的高頻機(jī)械振動(dòng)。這些振動(dòng)的振幅為5至400微米，頻率為20至70千赫茲，高于我們的聽覺范圍。

所有超聲波焊接系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)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(jù)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(jī)械振動(dòng)的來源。

機(jī)械振動(dòng)通過助推器耦合到超聲波發(fā)生器或喇叭，兩者都用于改變振動(dòng)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(dòng)或電動(dòng)舵機(jī)施加的力固定在喇叭和砧座之間。機(jī)械振動(dòng)的能量從喇叭傳遞到接頭界面以焊接零件。特別重要的是注意到，在焊接塑料部件時(shí)，這些振動(dòng)垂直于接頭的平面施加，而在焊接金屬部件時(shí)，振動(dòng)平行于接頭的平面施加。

喇叭將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鈦或鋁合金加工而成。為了最有效地傳遞能量，喇叭的末端被設(shè)計(jì)成適合其接觸部分的幾何形狀。

喇叭設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)闄C(jī)械路徑長(zhǎng)度必須精確調(diào)整到零件上。調(diào)諧直接影響焊接質(zhì)量，每個(gè)部件設(shè)計(jì)需要不同的超聲波喇叭。正確的調(diào)諧確保了接頭界面的最大能量吸收，并將最小的能量反射回電源，大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。在焊接塑料部件時(shí)，例如，喇叭的長(zhǎng)度可以等于超聲能量的一半或一個(gè)全波長(zhǎng)，其由喇叭材料中的聲音的頻率和速度決定。

根據(jù)應(yīng)用，通?？梢允褂萌N焊接模式。單位可以按時(shí)間，能量或距離進(jìn)行焊接。對(duì)于無論使用何種模式，控制器都會(huì)編寫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，距離或能量值。當(dāng)滿足編程條件時(shí)，超聲能量停止。

影響焊接質(zhì)量和完整性的其他參數(shù)包括超聲頻率，施加到部件上的力和振動(dòng)幅度。改變?nèi)魏螀?shù)可以極大地影響焊接質(zhì)量。沒有最佳超聲波頻率; 許多單位在20千赫茲附近工作。

超聲波焊接需要特別注意零件尺寸和接頭設(shè)計(jì)。事實(shí)上，焊接參數(shù)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(shè)計(jì)。超聲波金屬焊接通常只能在搭接焊縫和有限的厚度下進(jìn)行。

過程物理學(xué)很復(fù)雜 通常使用大規(guī)模實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或試驗(yàn)和誤差來確定焊接參數(shù)。每種材料和接頭設(shè)計(jì)在超聲波焊接過程中都會(huì)有不同的表現(xiàn)。