【设计规范】塑胶件超声波焊接介绍及相关结构设计.pdfVIP

【【设设计计规规范范】】塑塑胶胶件件超超声声波波焊焊接接介介绍绍及及相相关关结结构构设设计计

1.前前⾔⾔:

超声波焊接结构和结构设计的多⽅⾯有关。

①其关系到防⽔防尘、强度等的可靠性设计要求（DFR），设计时是需要参考标准特征选⽤的。

②但其⼜可归类为塑胶件可制造的要求（DFM），⼀些难以制造的问题困扰超声波焊接结构，如导熔线过⼩过长难以制造导致焊接不好。

③其⼜必须符合装配的DFA的要求，且其质量与超声波焊仪的设备息息相关。

综合考虑后，作者还是把它归类到DFM塑胶件设计下。

但设计的时候，希望⼯程师需要考虑到超声波焊接结构标准、DFM检查，DFA检查三⽅⾯。

2.超超声声波波焊焊接接简简介介

超声波焊接是利⽤超声波振动频率，接触摩擦产⽣热能⽽使两个塑胶件在焊接界⾯熔融⽽固定在⼀起。超声波焊接是⼀种快捷、⼲净、有效的装配⼯

艺，⽤于满⾜塑胶件⾼强度的装配要求，是⼴泛使⽤的⼀种先进装配技术，适⽤于多种类型塑胶件的装配。正情况下，超声波焊件具有较⾼的抗拉

强度，可以取代溶剂粘胶及机械紧固等装配⽅法，同时还可以具有防⽔、防潮的密封效果。

3.超超声声波波焊焊接接的的原原理理

超声波焊接的⼯作原理是通过超声波发⽣器将50Hz或60Hz电流转换成15、20、30或40kHz的电能，被转换的⾼频电能通过换能器再次被转换成为

同等频率的机械运动，随后机械运动通过⼀套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头，如下图所⽰。

焊头将接收到的振动能量传递到待焊接塑胶件的界⾯，在该区域，振动能量通过摩擦⽅式被转换为热能，将塑料熔化，振动停⽌后维持在塑胶件上的

短暂压⼒使两塑胶件以分⼦连接⽅式凝固为⼀体，如下图所⽰。

超声波焊接时，两个塑胶件从接触到熔化，再到焊接成⼀体的实物剖视图如下图所⽰。

4.超超声声波波焊焊接接的的优优点点

超声波焊接是⼀种快捷、⼗净、可靠性⾼的装配⼯艺，具有以下优点：1)焊接速度快，效率⾼。绝⼤部分超声波焊接可以在0.1〜〇.5s之内完成；

2)成本低。由于效率⾼，⼈⼯成本低，同时省去了⼤量夹具、粘合剂或者机械紧固件等的使⽤，因此超声波焊接是⼀种⾮经济的塑胶件装配⽅式；

3)强度⾼。超声波焊接⼏乎可以达到塑胶件本体强度的80%以上；

4)合理的塑胶件设计可以使得超声波焊接达到防⽔效果；

5)表⾯质量好，焊点美观，可以实现⽆缝焊接；

6)⼯序简洁，操作简单，可以实现⾃动化焊接；

7)品质稳定，产品质量稳定可靠，适宜⼤批量⽣产；

8)超声波焊接过程清洁、稳定、可靠，⽽且能量消耗低。

5.超超声声波波焊焊接接的的局局限限性性

尽管超声波焊接有众多的优点，但超声波焊接也有⼀定的局限性，在选择超声波焊接⼯艺之前和进⾏超声波焊接塑胶件零件设计时，产品设计⼯程师

必须清楚了解超声波焊接的局限性，并通过合理的零件设计来避免超声波焊接缺陷的产⽣、提⾼焊接的质量。1)材料的限制性。超声波焊接并不能够

焊接所有的塑料，这是超声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，⽽且超声波焊接⼀般仅适合于于—种或者相似塑料之

间的焊接。如果两个塑胶件材料不同，多数时候超声波焊接⽆能为⼒。因此，⼀定选定超声波焊接⼯艺，就不能轻易更改零件材料。有⼯程师曾经向

笔者反映，为何对ABS材料的两个塑胶件进⾏超声波焊接时，焊接质量⾮好，但由于其他设计要求，把⼀个塑胶件的ABS材料换成PBT，就很难焊

接上？就是这个原因。

2)不可拆卸性。超声波焊接是不可拆卸性连接，⽆法进⾏返⼯。⼀旦两个零件过超声波焊接装配成⼀体，之后如果发现产品存在质量问题，那么也⽆

法进⾏返⼯。

3)零件⼤⼩和形状的限制。中⼩型的塑胶件适合超声波焊接，尺⼨⼀般⼩于250mmx300mm，较⼤的零件可能耑要多个焊接⼯序。⽽且超声波焊接⼀

般适⽤于形状⽐较单⼀的塑胶件，对于形状复杂的塑胶件，焊接质量可能较低。

4)超声波的能量很⼤，在焊接过程中有可能造成塑胶件本⾝因为强度不够⽽发⽣损坏，同时也可能造成产品内部其他零部件的损坏。因此，在进⾏产

品设计时，尽可能增加塑胶件的强度和产品内部其他零部件的强度，或者将零部件远离焊接区域，尽量把强度不⾼的其他零部件安排在超声波焊接⼯

序之后再进⾏装配。//有些电控板上的电⼦元器件特别需要注意。

5)⽬前超声波焊接质量对超超声波焊接机的调机技术，以及对操作者的细⼼程度都有很⼤的依赖性。很多产品在前⼏次超声波焊接时会出现焊接不够

牢固或者焊接表⾯过度熔化等质量问题，⼯程师会误以为超声波焊接的质量就只能达到这⼀步，但其实绝⼤多数的质量问题可以通过焊接参数调整⽽

得到解决，不过这需