超声波焊接的常见失效问题
时间：2020-01-14 浏览：
超声波焊接时，焊头与产品表面接触，高频振动会导致零件表面损坏或破裂。此外，不合理的设计也会导致不良的焊接效果。以下是一些常见的超声波焊接失效方式，以及其预防方法。
上图灰色的是焊头，绿色的是上零件，紫色的是下零件。
压伤
当焊头与零件表面的配合不正确时，零件表面就会发生压伤问题。
如果零件具有轮廓，那么焊头的轮廓必须与零件的轮廓接近，这一点很重要。如果零件和焊头的形状不同，焊头会挤压零件表面局部位置导致压伤，这类问题特别容易发生在靠近焊头的边缘位置。
为了避免这种问题，焊头的边缘处需要设计尽可能大的过渡圆角。并且对焊头表面进行局部打磨或抛光，以更加贴合实际产品。
上面左图产品与焊头贴合好，右图贴合不佳容易出现压伤问题。
纹理损伤
如果零件表面带有纹理，该纹理可能会在焊接过程中熔化。超声波能量容易集中在较小的接触表面，而带纹理的表面恰恰提供了这一点。这使得零件的纹理面在受到超声波振动时会熔化。为了避免这种情况，需要在焊头和零件之间放置一层薄膜/保护膜作为缓冲层。
上面左图是焊接前的纹理面，右图是焊接之后的纹理面。
表面烧伤
当焊头接触的零件很薄时，超声振动使得零件像薄膜一样上下振动。这种周期性的应变会导致零件内部发热，从而导致零件中间出现烧伤。
隔离在焊头和零件表面间的空气，在超声波振动下产生空化也会导致零件表面烫伤。即在焊头振动时，空气因快速压缩和膨胀，迅速加热到足以燃烧塑料的温度，从而导致零件烧伤。
通常可以使用带节点柱塞的焊头来避免这些影响。如下图所示，该焊头内部安装有带弹簧的柱塞。柱塞压住零件中间，在焊接中起到阻尼器的作用，同时释放焊头与零件之间的空气。
振裂
零件在超声波焊接过程中传递振动，任何应力集中的区域都容易受热。因此，具有尖锐的特征可能会在焊接过程中断裂。因此，要通过设计尽可能大的半径来避免这种情况。
上面左图中翅膀无圆角特征，容易振裂脱落。右图翅膀根部加了圆角。
焊接不均匀
有一些导致焊接不均匀的潜在原因。
最常见的是由于焊头与零件接触不良。超声波能量以波的形式，通过焊头与零件接触进入焊接区域。如果焊头与零件接触不均匀，那么传递到焊接区域的超声波振幅也是不均匀的。振幅是振动大小的量度。当振幅变化时，焊缝处的热量也会变化，焊接强度也会变化。
当焊缝处在不同高度位置时，也会导致焊接不均匀。因为，超声波能量在通过零件时会迅速消散，所以传播距离的变化也导致焊接不均匀。
另外，当导能筋的高度或者剪切焊缝的剪切量，在整个零件中不同时，也会导致焊接强度不同。
最后，确保在焊头和焊缝之间的零件设计中没有空隙。因为超声波不会通过空气传播。
