塑胶件超声波焊接结构设计

Q：常见的焊缝设计有对接、台阶、沟槽和剪切接头等，哪一种是最好的？

A：没有一种焊缝设计被认为是所有应用中的“最佳”的。它们有各自独特的优点和缺点，必须根据每个零件材料和尺寸特点、应用要求，以及设计约束来加以考虑。

                                                                                                               常见焊接缝的设计

                                                                       两种超声波焊接结构优化设计的结构

Q：焊接强度是评价焊缝好坏的第一标准，而其他因素，例如美观性或密封性要求对接头设计有什么影响？

A：所有这些因素肯定会影响接头设计。例如，简单的台阶接头适用于仅需要强度和美观的大多数应用。如果产品需要密封性，则最好使用剪切接头或者沟槽接头。如果要焊接的是具有内部流体通道的医疗部件，则最好使用沟槽接头，可将内部溢料隔离，并防止其松散颗粒进入流体通道。

在讨论具体应用时，我们会查看所有要求，整个零件的设计，壁厚，材料和限制约束，然后选择最合适的接头设计。

Q：材料在超声波焊接的接头设计中起什么作用？特定材料会需要特定接头设计吗？

A：在大多数情况下，材料可选择任一种接头设计。但在某些情况下，会存在一些因素影响接头设计。例如，较大的零件采用半结晶材料如PP，薄壁变得非常柔软且不稳定。在这种情况下，我们不建议采用对接或者台阶接头设计。因为，柔软的薄壁会产生变形和弯曲，导致能量耗损和接头错位问题。当然，如果在塑料中增加玻璃纤维，增加材料刚度，那么可以在某种程度上抵消该问题。

Q：不同材料可以焊接吗？

A：根据经验，要实现真正的化学分子键连接，必须是相同材料焊接。但是，也有一些例外，即材料特性足够接近，保证在焊接时能够充分融合。例如，可以将ABS焊接到PMMA或PC上，效果非常好。尽管少数其它材料的组合具有不同程度的兼容性，但是设计时应该尽量避免不同材料焊接。

如果采用超声波铆接，则无需考虑材料兼容性问题。例如，通过铆接形成的铆点（蘑菇头），你可以将金属板固定在塑料外壳上。对于薄膜和过滤膜的焊接到塑料表面，则是通过熔化的塑料流入薄膜的多空结构中，形成机械连接。这类似于一块口香糖粘在地毯上，是机械连接，并非是化学分子键连接。

Q：产品的外形对焊接有影响吗？接头转弯时采用圆角还是尖角？

A：正方形和圆形的部件都可以成功焊接，但是每一个都有独特的挑战。对于需要密封的方形零件，当接头转弯时，要避免急剧的90度方向变化。材料往往会在这些区域中意外流动，并可能导致泄漏。因此，我们建议转弯处采用圆角设计。

这也适用于零件内部结构和加强筋设计上。尖锐的90度内角在振动载荷下往往会产生应力集中并积累导致损伤，因此需要增加圆角半径。

                           超声波远场焊接和近场焊接                                                     一种带有美观线的超声波焊接结构

Q：远场焊接和近场焊接有什么区别？

A：远场焊接是指焊头与零件接触面与接头相距较远，因此振动能量必须传播更长的距离才能到达接头。尽管有许多成功的远场应用实例，但是近场焊接还是首选。尤其是使用较软的半结晶热塑性塑料时，远场焊接会损耗大量的振动能量。

Q：哪些应用无法使用超声波焊接？如何解决该问题？

A：导致无法使用超声波焊接，最主要原因是零件尺寸过大。单个焊头可焊接区域是有限制的。如果部件需要连续焊接，例如密封容器，并且焊接区域大于焊头的最大尺寸，那么显然这是不可行的应用。最可能解决方法是将要焊接盖子的尺寸减小。

另一种困难的应用是多层焊接，在同一个零件上不同的高度位置焊接多个零件，如同三明治结构，然后一次将它们全部焊接。对于这类应用，我们始终建议分别焊接每个子组件，然后将子组件组合并进行一次最终的总装配焊接。

Q：焊缝接头设计不佳或者有缺陷，是否可以通过调整焊接参数和模具来解决？还是重新设计零件更好？

A：在某种程度上，可以通过优化焊接参数或者改善治具，来克服因缺陷导致的一些小问题。但在极端情况下，此类应用的焊接工艺窗口会非常狭窄，无法进行改善，需要重新设计零件。

Q：当焊缝接头设计合理，还会遇到焊接失败的问题吗？

A：会失败。除了接头设计合理，高质量的成型零件也非常重要。我们有时会看到在纸上看起来很棒的设计，然而零件从注塑厂出来后，焊接却遇到各种问题，例如强度不足不密封等。

注塑件的质量非常重要，要重视零件尺寸公差，缩痕，翘曲，分型线或不良位置的浇口。在成型过程中避免这些问题，以确保焊接成功的最大概率。