超声波焊的接头设计优化

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：当焊接深度等于壁厚的1.25倍时，接头强度最高。图2-5-37 剪切式焊面在超声波焊的接头设计中应注意控制工件的谐振问题。

1.焊点设计

超声波焊时，要求焊点强度必须达到一定的要求，需要设计出一种合理的焊点结构，同时还要保持外形尽可能美观。焊点分布如图2-5-33所示，对焊点与板材边缘的距离没有限制，可以沿边缘布置焊点，焊点之间的距离可以任意选定，可以重叠和重复焊接（修补），每行之间的距离也可以根据需要任选，不存在电阻点焊时的分流问题。

2.焊接界面设计

为了在焊接过程中使能量集中，缩短焊接时间，提高焊接质量，焊接界面的设计非常重要，主要有以下几种形式。

（1）导能三角形焊面如图2-5-34所示，在两块塑料接面的一边，沿着焊面，加一条小三角形凸缘，将超声波振动聚集在三角的尖端，由此减小焊件的接触面积，而形成集中的超声波能量。焊接后，熔化的塑料均匀地流满接合面，并产生较强的结合力。应注意，材料的壁厚应小于2.5mm，凸缘的高度应为板宽W的1/10左右。

图2-5-33 超声波点焊接头设计

e—边距 r—行距 s—点距

图2-5-34 导能三角形焊面

（2）台阶式焊面为了提高焊接力，可设计成图2-5-35所示的台阶式焊接界面（W为板宽），三角形凸缘可以使凸缘材料熔化之后，流入预留的孔隙，能产生较大的切应力及抗拉强度，这种设计还可以避免在外表面上产生焊接痕迹。

（3）凹凸插接式焊面如图2-5-36所示，待焊接材料设计成带有三角形凸缘的凹凸形式，两焊件之间应留有间隙，凸形焊件应有一定的角度，以使塑料件容易拼合，同时让熔融的材料有流动的空间，不致溢出外面。

图2-5-35 台阶式焊面

图2-5-36 凹凸插接式焊面

（4）剪切式焊面不论矩形还是圆形零件，剪切式焊面都有高度密封效果。由于大量材料需要流动，要求超声波焊接设备具有高振幅及高输出能量，在焊面间应预留凹孔，以容纳适量的熔融塑料。如图2-5-37所示，两塑料件沿壁垂直相挤的结果，彻底消除缺口或缝隙，此种焊面特别适用于结晶组织而且有瞬熔特性的材料。当焊接深度等于壁厚的1.25倍时，接头强度最高。

图2-5-37 剪切式焊面

在超声波焊的接头设计中应注意控制工件的谐振问题。当上声极向工件引入超声波振动时，如果工件沿振动方向的自振频率与引入的超声波振动频率相等或相近，就有可能引起工件的谐振，其结果往往造成已焊焊点的脱落，严重时可导致工件的疲劳断裂，解决上述问题的简单方法就是改变工件与声学系统振动方向的相对位置或者改变工件的自振频率。

超声波焊的接头设计优化

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