超音波熔接

超音波熔接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波熔接处理，而不需加溶剂、粘接剂或其它辅助品。

超音波熔接是一每秒15000次或20000次或更高频率的振动，通过焊头传至两焊件间，产生高速摩擦，使接面区域瞬间产生高热而熔合，音波停止后，焊头适度地停留，使接面熔化的塑胶凝固，由此一个不破坏表面、不伤材质、不变形、不变色的坚固组件，在几秒内即可完成，而且可达水密、气密的效果。效率高是其最显著的特点，不需要使用溶液、粘合剂或加热，因而迅速得到应用发展1。

简介及原理超音波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种塑胶件均可使用超音波熔接处理，而不需加溶剂、粘接剂或其它辅助产品。超声焊接是一种新颖的塑料二次加工技术，以其高效、优质、美观、节能等优势而发展起来。超音波焊接的产品给生产生活带来了很大的方便，其广泛运用于汽车、电器、医疗、玩具等行业中，很多产品是超音波熔接的，如电视机的音响系统等2。

其优点是增加多倍生产率、降低成本，提高产品质量及安全生产。通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。

超音波熔接它通常用于塑料焊接，它完全代替用胶水粘合的传统行业，在超音波熔接过程中是没有连螺栓，钉子，卡扣，焊接材料或粘合剂等材料结合在一起的，它比传统的粘合剂或粘胶水速度更快，而干燥时间也非常快，焊接的过程可以很容易实现自动，可轻松定制，以适应各类型的具体规格的产品被焊接。

应用方法一、熔接法：

以超音波超高频率振动的焊头在适度压力下，使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合，焊接强度可与本体媲美，采用合适的工件和合理的接口设计，可达到水密及气密，并免除采用辅助品所带来的不便，实现高效清洁的熔接。

二、铆焊法：

将超音波超高频率振动的焊头，压着塑胶品突出的梢头，使其瞬间发热融成为铆钉形状，使不同材质的材料机械铆合在一起。

三、埋植：

藉着焊头之传道及适当之压力，瞬间将金属零件（如螺母、螺杆等）挤入预留入塑胶孔内，固定在一定深度，完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度，可免除射出模受损及射出缓慢之缺点。

四、成型：

本方法与铆焊法类似，将凹状的焊头压着于塑胶品外圈，焊头发出超音波超高频振动后将塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定，且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形，及化妆品类之镜片固定等。

五、点焊：

A、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线，达到熔接目的。

B、对比较大型工件，不易设计焊线的工件进行分点焊接，而达到熔接效果，可同时点焊多点。

六、切割封口：

运用超音波瞬间发振工作原理，对化纤织物进行切割，其优点切口光洁不开裂、不拉丝。

超声波熔接技术要求超音波焊接的效果取决于许多因素，例如塑胶类型、产品形状（几何外形，壁厚等）、焊接的要求（即粘性、强度、密封等）2。

采用超音波熔接工艺的塑料件，在设计时必须要注意接面的形状、力的传导与支撑、导能点、溢料的去向等问题，因热塑性塑料种类繁多，特性各异，又因各方面用途需要差别很大，所以塑料件在设计时就要考虑超音波熔接的工艺要求。

超音波熔接机中焊头的设计是至关重要的，只有达到谐振状态才能焊出满意的产品，音波发生器才能稳定发振1。

超声波熔接时遇到的问题与解决办法强度无法达到欲求标准1.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。2.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。3.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。

制品表面产生伤痕或裂痕在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面2.振动传导。

所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1mm以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出（段数）、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。

解决方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振））。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如PE袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加R角。

制品产生扭曲变形发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合；2.产品肉厚薄（2mm以内）且长度超出60mm以上；3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲。

解决方法：1.降低压力（压力最好在2kg以下）。2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）。4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。5.分析产品变形主因，予以改善。

制品内部零件破坏超音波熔接后发生产品破坏原因如下：1.超音波熔接机功率输出太强；2.超音波能量扩大器能量输出太强；3.底模治具受力点悬空，受超音波传导振动而破坏；4.塑料制品高、细成底部直角，而未设缓冲疏导能量的R角；5.不正确的超音波加工条件；6.塑料产品之柱或较脆弱部位，开置于塑料模分模在线。

解决方法：1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。3.减少机台功率段数或小功率机台。4.降低超音波模具扩大比。5.底模受力处垫缓冲橡胶。6.底模与制品避免悬空或间隙。7.HORN（上模）掏孔后重测频率。8.上模掏孔后贴上富弹性材料。

产品产生溢料或毛边超音波熔接后产品发生溢料或毛边原因如下：1.超音波功率太强；2.超音波熔接时间太长；3.空气压力（动态）太大；4.上模下压力（静态）太大；5.上模（HORN）能量扩大比率太大；6.塑料制品导熔线太外侧或太高或粗。

解决方法：1.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。2.减少机台功率段数或小功率机台。3.降低超音波模具扩大比。4.使用超音波机台微调定位固定。5.修改超音波导熔线。

产品熔接后尺寸无法控制于公差内在超音波熔接作业中，产品无法控制于公差范围有其下述原因：1.机台稳定性（能量转换未增设安全系数）；2.塑料产品变形量超出超音波自然熔合范围；3.治具定位或承受力不稳定；4.超音波上模能量扩大输出不配合；5.熔接加工条件未增设安全系数。

解决方法：1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02mm）。3.检查超音波上模输出能量是否足够（不足时增加段数）。4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。5.修改超音波导熔线。

运用范围超音波熔接普遍运用于汽车行业、电子行业、医疗行业、家电行业、无纺布服装、办公用品、包装行业、玩具行业等。比如车身塑料零件，汽车车门、汽车汽车仪表、车灯车镜、遮阳板、内饰件、滤清器，反光材料、反光道钉、保险杠、拉索、摩托车用塑料滤清器、散热器、制动液罐、油杯、水箱、油箱、风管、尾气净化器、托盘滤板；塑胶电子：预付费水表电表，通讯设备，无绳电话，手机配件，手机壳，电池壳，充电器、阀控式密封维护铅酸蓄电池，3寸软盘，U盘，SD卡，CF卡，USB接插件、蓝牙；玩具文具：文件夹，相册，折盒，PP中空板，笔套，墨盒，硒鼓，；医用日用：手表，厨具，口服液瓶盖，点滴瓶盖、手机饰件，金柔刷，日用品，卫生用品，儿童用品，空气床垫，衣架，刀柄，园艺用品，橱具洁具，花洒，金柔刷，淋浴头，防伪瓶盖，化妆品瓶盖，咖啡壶，洗衣机、空气除湿机，电熨斗、电水壶、吸尘器，音箱金属面盖及土木格栅等。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学