塑膠件超聲波焊接結構設計

Q：常見的焊縫設計有對接、臺階、溝槽和剪切接頭等，哪一種是最好的？

A：沒有一種焊縫設計被認為是所有應用中的“最佳”的。它們有各自獨特的優點和缺點，必須根據每個零件材料和尺寸特點、應用要求，以及設計約束來加以考慮。

                                                                                                               常見焊接縫的設計

                                                                       兩種超聲波焊接結構優化設計的結構

Q：焊接強度是評價焊縫好壞的第一標準，而其他因素，例如美觀性或密封性要求對接頭設計有什么影響？

A：所有這些因素肯定會影響接頭設計。例如，簡單的臺階接頭適用于僅需要強度和美觀的大多數應用。如果產品需要密封性，則最好使用剪切接頭或者溝槽接頭。如果要焊接的是具有內部流體通道的醫療部件，則最好使用溝槽接頭，可將內部溢料隔離，并防止其松散顆粒進入流體通道。

在討論具體應用時，我們會查看所有要求，整個零件的設計，壁厚，材料和限制約束，然后選擇最合適的接頭設計。

Q：材料在超聲波焊接的接頭設計中起什么作用？特定材料會需要特定接頭設計嗎？

A：在大多數情況下，材料可選擇任一種接頭設計。但在某些情況下，會存在一些因素影響接頭設計。例如，較大的零件采用半結晶材料如PP，薄壁變得非常柔軟且不穩定。在這種情況下，我們不建議采用對接或者臺階接頭設計。因為，柔軟的薄壁會產生變形和彎曲，導致能量耗損和接頭錯位問題。當然，如果在塑料中增加玻璃纖維，增加材料剛度，那么可以在某種程度上抵消該問題。

Q：不同材料可以焊接嗎？

A：根據經驗，要實現真正的化學分子鍵連接，必須是相同材料焊接。但是，也有一些例外，即材料特性足夠接近，保證在焊接時能夠充分融合。例如，可以將ABS焊接到PMMA或PC上，效果非常好。盡管少數其它材料的組合具有不同程度的兼容性，但是設計時應該盡量避免不同材料焊接。

如果采用超聲波鉚接，則無需考慮材料兼容性問題。例如，通過鉚接形成的鉚點（蘑菇頭），你可以將金屬板固定在塑料外殼上。對于薄膜和過濾膜的焊接到塑料表面，則是通過熔化的塑料流入薄膜的多空結構中，形成機械連接。這類似于一塊口香糖粘在地毯上，是機械連接，并非是化學分子鍵連接。

Q：產品的外形對焊接有影響嗎？接頭轉彎時采用圓角還是尖角？

A：正方形和圓形的部件都可以成功焊接，但是每一個都有獨特的挑戰。對于需要密封的方形零件，當接頭轉彎時，要避免急劇的90度方向變化。材料往往會在這些區域中意外流動，并可能導致泄漏。因此，我們建議轉彎處采用圓角設計。

這也適用于零件內部結構和加強筋設計上。尖銳的90度內角在振動載荷下往往會產生應力集中并積累導致損傷，因此需要增加圓角半徑。

                           超聲波遠場焊接和近場焊接                                                     一種帶有美觀線的超聲波焊接結構

Q：遠場焊接和近場焊接有什么區別？

A：遠場焊接是指焊頭與零件接觸面與接頭相距較遠，因此振動能量必須傳播更長的距離才能到達接頭。盡管有許多成功的遠場應用實例，但是近場焊接還是首選。尤其是使用較軟的半結晶熱塑性塑料時，遠場焊接會損耗大量的振動能量。

Q：哪些應用無法使用超聲波焊接？如何解決該問題？

A：導致無法使用超聲波焊接，最主要原因是零件尺寸過大。單個焊頭可焊接區域是有限制的。如果部件需要連續焊接，例如密封容器，并且焊接區域大于焊頭的最大尺寸，那么顯然這是不可行的應用。最可能解決方法是將要焊接蓋子的尺寸減小。

另一種困難的應用是多層焊接，在同一個零件上不同的高度位置焊接多個零件，如同三明治結構，然后一次將它們全部焊接。對于這類應用，我們始終建議分別焊接每個子組件，然后將子組件組合并進行一次最終的總裝配焊接。

Q：焊縫接頭設計不佳或者有缺陷，是否可以通過調整焊接參數和模具來解決？還是重新設計零件更好？

A：在某種程度上，可以通過優化焊接參數或者改善治具，來克服因缺陷導致的一些小問題。但在極端情況下，此類應用的焊接工藝窗口會非常狹窄，無法進行改善，需要重新設計零件。

Q：當焊縫接頭設計合理，還會遇到焊接失敗的問題嗎？

A：會失敗。除了接頭設計合理，高質量的成型零件也非常重要。我們有時會看到在紙上看起來很棒的設計，然而零件從注塑廠出來后，焊接卻遇到各種問題，例如強度不足不密封等。

注塑件的質量非常重要，要重視零件尺寸公差，縮痕，翹曲，分型線或不良位置的澆口。在成型過程中避免這些問題，以確保焊接成功的最大概率。