超声波焊接的工作原理

文章来源：「南京-扬州」超声波焊接机,江苏振动摩擦焊接机,超声波塑料焊接机,超声波焊接模具  添加时间：2019-3-6 8:48:21

　　在1982年的音乐喜剧“维多利亚·维多利亚”中，朱莉·安德鲁斯在她角色的巴黎歌舞表演结束时唱了一首高调。她维持房间周围的钞票和香槟杯破碎。这精彩地展示了高音或高频声音如何将材料分开。但是你知道高频声音可以用来将材料粘合在一起吗？一种称为超声波焊接的技术被用于组装来自许多行业的产品 - 从医疗设备到运动鞋到汽车。

　　通常，您可以使用钉子，螺钉或螺纹等紧固件粘接材料。这适用于金属，木材，织物和塑料。对于许多塑料，使用胶水; 胶水在胶水本身和粘合的塑料材料表面之间形成化学键。通过加热其他金属作为粘合剂，例如电连接中的铅焊料，可以将金属保持在一起。或者，金属可以直接熔化在一起（焊接）; 一旦熔化的金属表面冷却，金属就会粘合在一起。焊接通常需要明火或火炬以达到将金属表面熔化在一起所需的高温。因此，对于某些制造工作来说，这可能是一个昂贵的过程。

　　20世纪40年代引入了一种新的，更具成本效益的焊接方法。该技术采用超声波焊接，使用高频声波和压力将金属粘合在一起，并且比传统焊接所需的能量更少。超声波金属焊接在20世纪50年代到90年代发展起来，因为设备中使用的电子设备变得更加复杂，计算机可以控制该过程。从那时起，该技术已经应用于塑料，它已经真正变得流行。

　　超声波焊接设备有四个主要部分。电源将低频电（50-60 Hz）转换为高频电（20 - 40 kHz; 1 kHz = 1000 Hz）。接下来，换能器或转换器将高频电变为高频声（超声）。助推器使超声波振动更大。最后，喇叭或超声波探头聚焦超声波振动并将其传递到待焊接的材料上。除了这些部件之外，还有一个砧座，焊接材料堆叠并保持在该砧座上。还有一些方法在焊接期间施加力（通常是由气动活塞提供的空气压力）以将材料保持在一起。

　　那么什么材料和行业利用这个聪明的过程？塑料的超声波焊接广泛用于制造电子，医疗设备和汽车部件。例如，超声波焊接用于在计算机电路板上进行电连接，并组装诸如变压器，电动机和电容器的电子部件。还使用超声波焊接组装医疗装置，例如导管，阀门，过滤器和面罩。包装工业使用这种技术制造薄膜，组装管和泡罩包装。甚至汽车公司也在探索使用超声波焊接在汽车中制造铝制底盘。

　　现在你已经了解了超声波焊接的基础知识，让我们来看看焊接过程本身。

　　超声波焊接的基本过程可以通过以下步骤来描述：

　　1.待焊接的部件放置在铁砧或夹具中。

　　2.喇叭接触待焊接的部件。

　　3.施加压力以使喇叭与焊接材料接触并将它们保持在一起。

　　4.喇叭提供超声波振动来加热材料。振动上下或左右移动不到一毫米。

　　5.材料焊接在一起。

　　6.喇叭缩回，焊接材料可从铁砧上取下。

　　焊接时间，施加的压力和温度由焊接设备内的计算机或微处理器控制。在焊接过程中实际发生的事情取决于材料的性质。在金属中，超声波振动平行于材料平面传递。摩擦热使金属表面的温度升高到熔化温度的约三分之一，但不会熔化金属。相反，热量从表面去除金属氧化物和薄膜。这允许金属原子在两个表面之间移动并形成将金属保持在一起的键。

　　在塑料的情况下，振动垂直于材料的平面，并且摩擦热使温度升高到足以熔化塑料。塑料分子混合在一起形成键。冷却后，塑料表面焊接在一起。焊接时间可以变化，但焊接可以在短至0.25秒内形成。

　　超声波焊接中变化的因素是声波的频率（通常为20,30或40 kHz），用于将材料保持在一起的压力，以及超声波应用的时间（分数秒到超过一秒）。

　　超声波焊接与传统方法相比具有许多优点。例如，相对于其他方法，焊接在低温下发生。因此，制造商不需要消耗大量的燃料或其他能量来达到高温。这使得该过程更便宜。它也更快更安全。

　　该过程在几秒到几秒内发生。因此，它可以比其他方法更快地完成。事实上，它可以比胶水更好，更快地粘合塑料。例如，汽车中的新智能钥匙中有一个转发器芯片。汽车只能在感应到芯片时启动。为了制作钥匙，金属钥匙坯的一端和芯片放入塑料顶部的一半。另一半放在它们上面并粘合到基部的一半。这种粘合通常用胶水完成，这需要时间来固化。在不到一秒的时间内，可以使用超声波焊接完成相同的任务。

　　超声波焊接不需要易燃燃料和明火，因此与其他焊接方法相比，它是一种更安全的工艺。工人不要接触易燃气体或有毒溶剂。在电子学中，铜线通常通过焊料粘合到电路板上的电触点。在一小部分时间内使用超声波焊接可以完成相同的任务，并且不会使工人暴露于阴燃铅焊料的烟雾中。尽管工作人员的听力可能因暴露于高频声音而受损，但通过将超声波焊接机封闭在安全箱或保持架中和/或使用耳朵保护装置，可以容易地降低这种潜在危险。

　　最后，超声波焊接与相同材料的传统焊接一样坚固耐用 - 这只是该方法用于汽车制造的原因之一。为了使汽车更轻，更省油，汽车制造商正在将铝作为汽车车身的主要金属。与传统焊接相比，超声波焊接可用于在更短的时间内和更低的温度下粘合金属。