【超声波金属焊接】分析自动化焊接设备发展趋势及市场前景

　　1 、超声波焊接基本技术

　　超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。

　　超声波焊接通过超声波发生器将 50/60 赫兹电流转换成 15、20、30 或 40 KHz电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。

　　线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。

　　轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。

　　运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在 10 英寸以内的工件可以应用轨道式振动摩擦进行焊接。

　　2 、行业发展现状及发展趋势

　　塑料超声波焊接技术最早在 1956 年由美国人琼斯等人提出，60 年代美国、瑞士、日本以及英国等国便开始研究这种焊接技术并开始投入实际应用。利用超声波能量焊接热塑性塑料在国外已经有四十多年的历史。近十几年来，随着塑料大量应用于实际工程和日常生活、基础电子工业的发展以及大功率换能器的研制成功，超声波塑料焊接行业逐渐发展起来。

　　随着塑料工业迅猛发展，塑料焊接技术水平的日益提高和超声波塑料焊接机的不断改进，超声波焊接塑料的应用范围愈来愈广泛。应用、推广超声波塑料焊技术卓见成效的国外企业有美国 Branson 公司、美国声能器材公司、日本海上电机株式会社、松下电器、德国 KLN 公司等等，其中尤为突出的要数美国的 Branson公司。他们 1961 年起运用开发制造成的塑料焊接机及已积累的应用经验在电子、汽车、电器、玩具、家庭用品、包装、纺织及一般塑胶行业实现了多种热塑性塑料的超声波焊接。

　　随着塑料工业的发展，超声塑料焊接机近 10 年来在我国发展迅速，我国已有几十家研制超声波塑料焊接机的单位，大部分集中在珠三角、江浙沪一带，部分单位是独资或合资企业，目前部分单位已研制出新一代微机控制的超声波塑料焊接机，各种焊接参数能自动设定，大大的提高了焊接质量。随着功率合成技术发展，目前大功率超声波塑料焊接机也已研制成功，并被应用于大尺寸塑料件的焊接中。

　　随着汽车工业的飞速发展，为了满足日益变化的市场和个性化需求，降低成本，提高生产效率，汽车制造企业在引进加工中心、工业机器人、快速成形设备、自动焊接、纳米加工等新设备、新手段方面已有了长足进步。超声波塑料焊接技术就早已在德国“大众”、美国“通用”的汽车生产线上得到广泛应用，我国的上汽集团、北京汽车等生产厂家也在广泛采用这项新技术，但国内目前的超声波焊接研究水平与国外相比还有很大的差距，还须加大力度研究开发超声波塑料焊接设备，推动超声波焊接技术在国内汽车制造业中进一步发展。

　　3 、超声波塑料焊接原理及主要组件

　　超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，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。

　　一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/变幅杆/焊头三联组，模具和机架 。

　　4、超声波塑料焊接优点

　　超声波塑料焊接具有以下优点：

　　(1)焊接速度快，焊接强度高、密封性好;(2)取代传统的焊接/粘接/热熔焊接工艺，成本低廉，清洁无污染且不会损伤工件;(3)焊接过程稳定，所有焊接参数均可通过软件系统进行跟踪监控，一旦发现故障很容易进行排除和维护。

　　5 、超声波焊接应用市场及前景

　　超音波金属焊接凭借其特有的快捷、高效、清洁和牢固等优点，在各类相关行业中得到了更加广泛的应用。

　　(1)汽车饰件制造行业：超音波焊接设备可通过计算机程序控制来实施对大件和不规则工件的焊接如：保险杠、前后门、灯具、刹车灯等。随着高等级道路的发展，反光片也越来越多的采用超声波焊接。

　　(2)家电制造行业、消费类电子产品制造行业：通过适当的调整可用于：手提日光灯罩，蒸气熨门、电视机外壳、收录音机透明面板、电源整流器、电视机壳螺丝固定座、减蚊灯壳、洗衣机脱水槽等需要密封、牢固和美观的家电产品和消费类电子产品。

　　(3)包装业：软管的封口，特殊打包带的连接。

　　(4)玩具业：采用超音波技术可使产品清洁、高效、牢固，免除使用螺丝、粘合剂、胶水或其他辅助品，能够降低生产成本，增强企业在市场中的竞争力。

　　(5)电子行业：运用自动化方案设计使用户达到规模化生产，同时确保产品之品质需求。

　　(6)其他商业用途： 从通讯器材、电脑行业、打印设备到音像制品等，均可采用超音波焊接设备。