什么是超声波焊接_超声波焊接系统

什么是超声波？

从鸟鸣到玻璃破碎的声音 - 声音超出了我们用耳朵所能感知的范围。它产生于物体的机械振动。例如，如果吉他弦被拨动，它的振动会导致空气中的压力和密度波动，从声源开始，以波的形式向各个方向传播。这不仅适用于空气，而且适用于任何弹性介质，即气体、液体和固体。

超声波是人类无法听到所有类型声音的一个例子。它的高频声波在工业和医学中默默地应用。

声波由它们的频率定义（每秒波数)。例如，超声波的范围从 20 kHz 到 1 GHz。20 kHz 至 70 kHz 的频率用于超声波焊接。在最低的区域，人耳也几乎无法感知到。因为可听声音的范围仅从 16 Hz 到 20 kHz。其上的振动充其量被视为震动。

超声波焊接如何工作？

如果超声波撞击材料（例如塑料），其中的分子链就会开始振动。分子开始移动并相互摩擦。这会产生能量（即摩擦热）。对于热塑性塑料，这会导致它们开始熔化。超声波焊接利用了这一原理。在附加压力下经过短暂的保持时间后，各种材料（组件) 在焊接区域以分子水平焊接。

超声波焊接适用于什么？

超声波焊接可在几分之一秒内完成，无需使用胶水或螺丝等辅助工具。超声波应用于包装、汽车零件、玩具制造等领域，例如：

超声波焊接系统

完整的超声波焊接系统由各种组件组成。有源组件产生声音并继续传递，导入焊接件。无源组件吸收由此产生的力，将焊接件固定到位，特别是支撑焊缝（连接组件的位置）。

有源：

超声波发生器

产生超声波需要高频率。插座的电源频率对此是不够的。发生器将低频供电电压转换为焊接过程所需的高频。精确的控制技术确保恒定的振幅（振动幅度）。
换能器

换能器将来自发生器的高频电转换为机械振动。这通过逆压电效应起作用。电压的电场引起压电陶瓷的机械收缩（特殊材料，可以将机械力转换为电压反之亦然）。这会产生压力波动和超声波。
变幅杆（变幅杆或中间件）

变幅杆（简称：变幅杆或放大器）改变来自换能器的超声波。它会根据个别应用增加或减少振幅。
焊头（焊接工具）

焊头是焊接工具，将变化的超声波均匀、轻柔地引导到组件中。焊头本身也可以改变振幅。实际的焊接过程发生在这里。

无源：

工艺技术：能量聚焦原理

为了精确地熔化组件，振动能量必须集中在一点上。这称为能量聚焦。在这个特定的点上，热量强度最大，进而导致熔化 - 适用于低能耗的定义的焊接过程。

变幅杆和各种焊接模具

这都属于形式问题：为了将振动能量集中在正确的位置，必须相应地设计待焊接零件或工具的几何形状。组件集成聚焦时，导能角（简称 ERG）将能量集中在材料本身上。如果聚焦的工具具有几何形状，工具具有特殊形状。

通过接缝设计实现能量聚焦

对于焊缝设计，能量根据组件的形状集中。两个部分要连接的区域是特殊形状的。通常在该位置上有一个点或边这正是能量聚焦产生的地方，因此它被称为导能角（简称：ERG）。
通过探头设计实现能量聚焦

能量也可以通过焊接工具集中。焊头的轮廓用作熔化辅助。能量聚集在其最热的尖端。例如，这种类型的能量聚焦用于超声波铆接。
通过底辊轮廓实现能量聚焦

在这里，工具的形状也起着决定性的作用。底座具有凸起的结构。这是组件的接触点。能量集中在这些点上并导致熔化。这主要用于卷料，如薄膜和无纺材料，或纸板箱。

超声波焊接过程中最重要的工艺参数

密封、牢固且美观 - 为了获得完美的焊缝，焊接工具、材料和焊接工艺必须相互协调。取决于设置：正确的工艺参数可确保获得最佳且可重复的结果。

振幅

肉眼不可见，焊接工具以 5 到 50 μm 的振幅振动。为了达到所需功率，变幅杆改变换能器中产生的机械振动。
触发点

触发点定义焊接开始：焊头以触发力压在组件上。如果其在特定时间段内仅给出最低值，则触发超声波并且触发力变为焊接压力。这样，焊接起点始终保持不变，结果质量始终如一。
焊接压力

针对均匀且紧密的焊缝，必须用力将声音引入组件。该力的大小取决于功率、焊接面积和零件尺寸。
焊接时间

瞬间连接：到达触发点并触发超声波后，实际焊接过程只需几分之一秒。当达到预先定义的停机标准时，焊接时间结束。
保持时间

焊接时间结束后，组件被短暂地保持在压力下。这使它们能够冷却并均匀固化。由于焊接工具在整个过程中不会升温，因此它也支持冷却过程。