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超聲波焊接的局限性

盡管超聲波焊接有眾多的優點，但超聲波焊接也有一定的局限性，在選擇超聲波焊接工藝之前和進行超聲波焊接塑膠件零件設計時，產品設計工程師必須清楚了解超聲波焊接的局限性，并通過合理零件設計來避免超聲波焊接缺陷的產生、提高焊接的質量。

1)  材料的限制性；超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接局限性。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同一種或者類似塑料之間的焊接。如果兩個塑膠件材料不同，多數時候超聲波焊接無能為力。因此，一旦選定超聲波焊接工藝，就不能輕易更改零件材料。有工程師曾經向筆者反映，為何ABS材料的兩個塑膠件進行超聲波焊接時，焊接質量非常好，但由于其它設計要求，把一個塑膠件的ABS材料換成PBT，就很難焊上？鋰電池的行業發展迅速，首要原因是政策推動著新能源汽車產業發展。就是這個原因。

2)  不可拆卸性；超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法進行返工；一旦兩個零件通過超聲波焊接裝配成一體，如果發現產品出現質量問題，就無法進行返工。

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，尺寸一般小于250x300mm，較大的零件可能需要多個焊接工序。而且超聲波焊接一般適用于形狀比較單一的塑膠件，形狀復雜的塑膠件有可能焊接質量較低。

4)  超聲波的能量很大，在焊接過程中有可能造成塑膠件本身因為強度不夠而發生損壞，同時也可能造成產品內部其它零部件損壞。因此，在進行產品設計時，盡可能增加塑膠件的強度和產品內部其它零部件的強度，或者將零部件遠離焊接區域，盡量把強度不高的其它零部件安排在超聲波焊接工序之后再進行裝配。2）高周波熔接機工作原理是介質材料在高頻電磁的作用下使物料內部分子間互相激烈碰撞產生高溫終達到焊接和熔接的目的。

5) 超聲波對于人的聽力有傷害，應準備好勞保用品。

塑料的超聲波焊接性能

塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料可塑但不可逆。次加熱時可熔化流動，加熱到一定溫度，產生化學反應，交聯固化變硬而形成固體；但這種變化時不可逆的，當重新受熱加壓時，熱固性塑料不能再次熔化。因此，超聲波焊接不能焊接熱固性塑料。熱塑性塑料可塑又可逆；當加熱形成固體后，其內部結構僅經歷形態的變化，是可逆的；設計的是否合理直接影響著超聲波模具的效率、壽命和產品的合格率，嚴重時會直接燒壞發生器。重新加熱和加壓時，能夠重新熔化并再次形成固體。超聲波焊接能夠焊接大部分的熱塑性塑料。

熱塑性塑料又分為無定形塑料和半結晶塑料，由于二者的分子結構和排布不同，二者的超聲波焊接性能又有所差別。

無定形塑料的分子結構呈隨機分布，沒有一個明確的熔點Tm，其在一個很廣泛的溫度范圍內逐步軟化、熔化和流動；另外一個原因是超聲波是縱向傳播的，能量損失和距離成正比，距離越遠焊接效果就越小，因此工件臂厚不能低于2MM，否則不能良好的熔接。而不是一旦加熱到某個溫度就立即從固體熔化，然后又立即固化。無定形塑料這種特性非常易于傳導超聲波振動能力，能夠在較大的壓力和振幅范圍內進行超聲波焊接。

半結晶塑料的分子結構在局部呈規律性分布，有一個明確的熔點Tm，在溫度達到熔點之前，半結晶塑料始終保持著固態；當溫度達到熔點后，整個分子鏈立刻開始運動，并立即固化。無定形塑料和半結晶塑料的熔化過程區別如圖所示。

半結晶塑料呈規律性分布的分子結構類似于彈簧，非常容易吸收高頻的超聲波振動能量，使得能量很難從焊頭傳導到焊接界面，必須有足夠大的超聲波能量才能使得半結晶塑料熔化。因此，相對于無定形塑料，半結晶塑料比較難焊接。為了使得半結晶塑料獲得較高的焊接質量，往往需要考慮更多的因素，例如，較高的振幅、合適的焊接界面設計、焊頭的接觸、焊接的距離以及焊接夾具等。無定形塑料和半結晶塑料的超聲波焊接難易程度如表2所示。有一種方法稱作熔焊——釬焊，即對異種金屬接頭中低熔點母材一側為熔焊，對高熔點母材—側為釬焊。

塑料焊接機器特點:

1.操作簡單易學，應用范圍廣。

2.針對工件的內部、不規則形狀的工件，焊接出密封強度高且精致工件，無耗材(如膠水、溶劑、粘合劑等) 。

3.焊接后可達到水密、氣密和牢固度的要求。

4.采用人機界面配合PLC電腦控制系統，機器動作無誤，操作方便安全。

5.速度快省人工，生產，可根據產品大小設計模具，一次性焊接多個產品。

6.數字式的PID溫度控制，熔接溫度更加穩定。

7.油壓系統控制，相比氣壓控制，焊接更加牢固。