超声波焊接的基本原理,是将高频电能转化为高频振动的机械能。这种往复振动传递给热塑性塑料或者金属,在塑料与塑料、塑料与金属,或者金属与金属界面产生摩擦和热量。
在超声波焊接中,摩擦产生热量使得两个材料表面熔合在一起。在超声波铆接中,焊头控制熔融塑料的流向,成型并压紧零件。在超声波螺母镶嵌中,焊头将金属螺母打入塑料。
超声波焊接系统有多种配置选择,包括不同频率(15Khz-50Khz),不同功率(600W-4800W),以及多种形式,如气动超声波焊接机,伺服超声波焊接机,手持焊接机,非标焊接机,金属超声波焊接机等等。
影响超声波焊接成功的因素也很多:模具(包括上焊头和下底模)、频率、材料、焊缝设计、焊接参数和零件注塑等。
1.焊接系统频率
典型的超声波焊接系统的频率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。需要根据产品尺寸、内部元器件种类、强度和外观等要求,选择适合的焊接频率。一般可以参考以下几个原则:
对于小型和精密的电子产品(内含PCB板以及微电子元件)外壳焊接,使用高频率40Khz焊接机焊接。40Khz焊接机振幅更小,焊接压力也可以最小,能够避免损伤产品内部电子元件。
对于小型且有A类面外观要求的产品。采用40Khz焊接机焊接,因振幅和压力小,能够改善外观。
对于中等尺寸和大尺寸的零件焊接,采用低频15Khz或者20Khz焊接机。
对于较软的材料例如PP,以及刚度较差的薄壁件产品,采用低频大振幅的15Khz焊接机焊接。
对于远场焊接,即焊头距离焊缝位置较远,例如大于12mm时,采用低频大振幅的15Khz焊接机焊接。
20Khz焊接机适合小型到中等尺寸大多数产品的焊接,也是目前使用最为广泛的超声波频率。