超声波焊接产品设计三要素

焊件设计

焊件设计必须为达到成功超声波焊接提供三个主要关键先决条件。

●最初接触面较小。为保证焊接界面（熔合面）发生变形（应变），要求焊接界面上初始接触面较小，以确保整个表面受热均匀，并很快达到热塑性材料的熔融温度。

●确保合适对准。焊件设计以及有时焊点设计中应该设计有对准结构，以确保焊件的合适定位。一般通过定位销、焊件预装配或焊点设计，如舌榫焊点，进行焊件的对准。焊件也可以依靠焊头和夹具对准，但这不是很好的方法。

●能量转换。焊件设计应使焊件与焊件接触面积最大，从而使焊头/焊件接触面诱导产生的局部高应力最小，这也降低了焊件被划伤的可能性。另外，焊件设计应使焊件与焊头接触面和焊接面之间的距离最小，并保证整个焊年都保持这个距离。必须注意的是要避免产生空隙，否则会阻碍超声波振动直接向焊接面传播。

焊件设计中首先考虑的是焊接距离（焊件/焊头接触面和焊接面之间的距离）。如果该距离小于6mm，称为“近场焊接”，大于6mm，称为”远场焊接”。需要注意的是，若焊接距离小于焊接材料波长时，适合采用近场焊接。对于近场焊接，一般假设能量控制器的振幅与焊头施加的振幅相似。相反，在远场焊接中，确定焊接表面能量控制器所经受的振幅时，必须考虑波在焊件内的传播。在可能的情况下，最好将焊件设计为采用近场焊接，以减少焊件划痕、能量损耗、焊件变形和设备超载等问题。如不可能设计为近场焊接，要慎重选择焊件的尺寸，以确保焊点面上的振幅最大。如Menges和potente[8]所认为，这一般意味着焊件的长度应大约为半个或整个波长。

焊接设计需要考虑的另一个主要因素是超声波振动在焊件中产生“共振”模式的可能性。当焊件产生与焊接频率一致或接近，或次谐波频率下的自然共振模式时，可能造成焊件的破坏。即使使用FEA技术也很难预测这些模式[11]，采用下面的系统方法有助于解决这些问题。