18新利最新登入超声波焊接原理

快速地搓你的手。注意什么吗?他们热身了，对吧?如果你拿起一把锤子，快速而反复地敲打金属表面，你会发现锤子敲击金属的地方也会升温。在这两个例子中，热量都是由摩擦产生的。现在想象一下，你在每秒搓揉双手或捶打锤子数千次。产生的摩擦热可以在很短的时间内显著提高温度。基本上，高频声音(超声波)会在被焊接的材料内部引起快速振动。振动导致材料相互摩擦，摩擦提高了接触表面的温度。这种快速的摩擦热为材料结合在一起创造了条件。

超声波焊接设备主要有四个部分。电源将低频电(50- 60hz)转换为高频电电(20 - 40千赫;1千赫= 1000赫兹)。接下来，换能器或转换器将高频电流转换为高频声音(超声波)。助推器使超声波振动更大。最后，号角还是sonotrode聚焦超声波振动并将其传递到要焊接的材料上。除了这些零件之外，还有一个铁砧，焊接材料被堆叠和固定在其上。也有一些方法在焊接过程中施加力(通常由气动活塞提供气压)来将材料固定在一起。

那么，哪些材料和行业利用了这一巧妙的过程呢?超声波焊接塑料广泛用于制造电子产品、医疗设备和汽车零部件。例如，超声波焊接被用于在计算机电路板上进行电气连接，并组装电子元件，如变压器，电动马达和电容器。医疗设备，如导管、阀门、过滤器和口罩也使用超声波焊接组装。包装工业使用这种技术来制作薄膜，组装管和吸塑包装。甚至福特汽车公司也在探索使用超声波焊接来制造汽车的铝制底盘。

现在你已经了解了超声波焊接背后的基础知识，让我们来看看焊接过程本身。

超声波焊接的基本工艺流程可以通过以下步骤来描述:

焊接次数、施加的压力和温度由计算机或计算机控制微处理器在焊接设备内。焊接过程中实际发生的情况取决于材料的性质。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三分之一左右，但不会熔化金属。相反，热量会从表面去除金属氧化物和薄膜。这使得金属原子在两个表面之间移动，并形成将金属结合在一起的键。

在这种情况下塑料，振动垂直于材料的平面，摩擦热使温度升高到足以融化塑料。塑料分子混合在一起并形成键。冷却后，塑料表面被焊接在一起。焊接时间可以有所不同，但焊接可以在最短的0.25秒内形成。

超声波焊接中变化的因素包括声波的频率(通常为20khz、30khz或40khz)，用于将材料固定在一起的压力，以及超声波施加的时间(一秒到一秒以上)。

目前所描述的超声波焊接技术适用于类似的材料(金属、塑料)。但是不相似的材料呢?让我们通过看看New Balance是如何使用超声波焊接来组装运动鞋来解决这个问题。18新利最新登入

看一双运动鞋。虽然传统的鞋子可能是由单一材料制成的，如帆布或麂皮皮革，但许多运动鞋是由几种材料制成的，如轻质塑料聚合物，麂皮或合成麂皮，以及网格组合。这些复合材料使鞋子轻便、灵活、耐用、透气。例如，一款新百伦运动鞋的鞋面由三部分组成。

但是你如18新利最新登入何把这些材料放在一起呢?最常见的是，制鞋公司把这些材料缝在一起。不过，大约两、三年前，新百伦(New Balance)开始生18新利最新登入产不缝合的鞋面。在对聚合物胶粘膜和熨烫进行实验后，他们想出了一种方法，用超声波焊接来制作鞋子的这一部分。

为了组装鞋的上部，工人们从一块合成麂皮材料开始。他们使用铁按一下，将一薄片热熔膜粘在材料的背面。接下来，超声波焊接组件将图案鞋面压入麂皮材料。同样，类似的超声波焊接机器从另一块合成麂皮上压出鞍眼排。鞋面形状从麂皮上剪下来。鞍眼排和网格材料得到超声焊接到鞋面。在加工过程中，超声波焊机产生的摩擦热熔化热熔膜，将鞍眼排和网格材料粘结在鞋面上。完成的鞋面然后定型，并结合到鞋底和鞋跟使用水性溶剂。

据New Balance高级产品开发人员Kenneth Straka介绍，超声波焊接方法通过节省时间提高了生产率。超声波焊机不仅比铁压力机更均匀地分布热量，它们也更快地加热和冷却。因此，组装过程需要更少的步骤，比传统的缝纫方法更快。

现在我们已经了解了超声波焊接是如何用于粘结各18新利最新登入种材料的，让我们来看看这种技术的优点和缺点。

与传统焊接方法相比，超声波焊接有许多优点。首先，与其他方法相比，焊接在低温下进行。因此，制造商不需要花费大量的燃料或其他能源来达到高温。这使得整个过程更便宜。它也更快更安全。

这个过程发生在几秒到几秒之间。因此，它比其他方法做得更快。事实上，它可以结合塑料比胶水更好更快。例如，汽车上的新型智能钥匙有一个应答器芯片。汽车只有在感应到芯片时才能启动。为了制作钥匙，金属钥匙坯的一端和芯片被放入塑料顶部的一半。另一半放在它们上面，和底部的那一半成键。这种粘合通常用胶水来完成，需要时间来固化。同样的任务，超声波焊接可以在不到一秒的时间内完成。

超声波焊接不需要易燃燃料和明火，因此相比其他焊接焊接方法，这是更安全的过程。工人不得接触易燃气体或有毒溶剂。在电子学中，铜线通常用焊料连接到电路板上的电触点上。使用超声波焊接可以在短时间内完成同样的任务，而且工人不会暴露在闷烧铅焊料产生的烟雾中。虽然工人的听力可能会因暴露在高频声音中而受损，但这种潜在的危险很容易通过将超声波焊接机封闭在安全箱或笼中和/或使用耳朵保护来降低。

最后，超声波焊接与相同材料的传统焊接一样坚固耐用，这只是该方法被用于汽车制造的原因之一。为了让汽车更轻、更省油，汽车制造商正在把铝作为车身的主要金属。与传统焊接相比，超声波焊接可以在更短的时间内和更低的温度下粘合金属。

不过，超声波焊接也有其局限性。首先，焊缝的深度不到一毫米，所以该工艺在塑料、电线或薄金属片等薄材料上效果最好。用超声波焊接建筑物的钢梁是不现实的。其次，当焊接类似的材料，如类似的塑料或类似的金属时，它的效果最好。正如你在New Balance鞋子上看到的，超声波焊接不同的材料需要一种额外的材料——在New Balance鞋子的例子中，它是一种可以在合成麂皮和网格之间粘合的薄膜。

尽管有这些限制，超声波焊接的普及和潜力继续增长。