超声波焊接线结构设计-基本型.阶梯型
超声波焊接机之超声波熔线设计
接面避免溢出的机构设计A
上图例接面设计为一般方法气水密性不佳壁厚w=1～2mm时内侧接触的宽度宜 x=w／2接合面的间隙t因接合面全体长度而异通常t=0.2～0.5mm。
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接面避免溢出的机构设计B
上图例为适合壁厚薄的设计，w=1mm时，箭头部份溢出，为防止外侧 部份鼓胀，采用x=w／3取t=0.3～0.5mmm。
剪力型接面設計焊接深度
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剪力型式接面设计
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沟槽型1.5MM
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沟槽型2.0MM
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沟槽型3.0MM
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沟槽型式接面设计
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超声波塑料避免接面溢出的机构设计 超声波塑料焊接的塑料接面机构设计， 影响焊接的强度、焊接部的美观、焊接加工的 精度、水气密性。因此须依塑料的材质，适当 的决定接面设计的型式，在传导焊接的特性上， 嵌合形状极为重要。下列为避免加工物外部及 内部溢出的各种接面设计范例，配合超声波焊 接的焊接时间、振幅、压力的调节，能达到焊 接迅速美观强固的最佳效果。
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阶梯型壁厚1.5MM
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远近场焊接─压着面的决定
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远近场焊接─塑料材质接面距
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阶梯型式接面设计
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解决不易焊接的塑料材质─剪力型接面设计
半结晶性塑料材质的分子结构在固态时呈弹簧狀，其内部会吸 收一部分的高频机械振动能量，这使超声波能量难以传导至焊接面， 因此这類塑料的焊接通常需要高振幅。熔点范围狭小的结果是必须 利用高功率的超声波(高熔解热)以破坏结晶结构，使材料流动。一 旦熔化的材料流出加热区域后，只要温度些微下降即快速固化。因 为这种特性, 以期达到满意的焊接效果，所以需要采用特殊的导能 点接面设计。 半结晶性塑料 聚乙烯〈PE〉、聚丙烯〈PP〉、聚氯乙烯〈PVC〉 聚酰胺〈PA or Nylon〉、聚脂〈PET〉、、、。
超声波焊接线设计
超声波焊接线的设计焊接热塑性制件的最普通的方法是超声焊接.这种方法是采用低振幅,高频率(超声)振动能量使表面和分子摩擦产生焊接相连垫塑性制件所需的热量.(正弦超声振动)超声焊接在20-50kHz的频率范围内发生,其一般振幅范围为15-60um.在低达15kHz(较高振幅)的声频有时用于较大制件或较软材料.焊接过程通常在0.5-1.5s内发生.焊接工艺娈量包括焊接时间,焊.＊剪切接头当焊接半结晶聚合物（或其它难以焊接的聚合物）和需要密封接头号时，一般推荐使用剪切接。
需要高强度，高质量接碚的环形和矩形制件都用剪切接头。
剪切接头号具有搭接制件壁部分，当接头被焊接和相互依次嵌入时，搭接部分产生公差和局部剪切。
为了促进制件找平，接头包含了调节部分。
为了集中熔融能量，一边上的阻碍物的顶角在初始接触面上降低。
因为融化材料的温度在整个接触面上保持一致，制件被焊接时，两表面熔融均匀。
深度为1.0-2.0mm的使用0.13-0.5mm范围内的公差值。
为了防止在焊接过程中由于公差而产生的外部侧壁翘曲，垂直的制件应尽可能浅，但在一边用剪切制件改进的槽舌接头可与较深的拉伸制件一起使用，提供中壁接头，它使由于公差而产生的侧壁翘曲最小。
如图执着用典型的斜坡接合设计（a ） 斜坡接合； 改进的斜坡接合（附加公差）1- 溢料槽；2-夹具斜坡接合具有30°-60°的角且应该在±1°内装配。
为附加的熔区材料厚度增加的0.10-0.25mm 如图7所示接头制超声焊接制件通常需要密超声焊接设备也可在不需图10 用超声焊接形成机械互锁的示例1-带软化和变形铆钉的热塑性部件；2-具有倒角的啮合部件；3-超声波焊头＊超声焊接的材料因素超声焊接操作适合于多数热塑性材料。
●1无定形聚合物，特别是室温下外于玻璃态的无定形物，通常是焊接工艺的好的候选材料。
玻璃态无定形聚合物具有良好的透射性能，允许用看近场和远场焊接技术成功焊接。
超声波焊接线设计
2-3
2△
2
2
2
2-3
3
3
2
2
4
Acrylonitrle/Butadiene/Styrenne(ABS)
丙烯硝/丁二烯/苯乙烯（超不碎胶）
1
1△
1-2
1
1
1-2
2
2
2
1-2
4
Cellulose acervate(CA)
醋酸纤维素/纤维素乙酸脂
2
2-3△
2
2-3
2
3-4
3-4
3-4
Near field welding近距离
Far fielde welding远距离
Inserting塑胶
Staking铆接
Spot welding点焊
on contact接触①low temp低温
On Contact②high temp高温
Non-contacd不接触③
Acrylic/Styrenne/Acrylonitrle(ASA)
聚苯乙烯（硬胶）
1
1△
1
1
1
1
2
3
2
1-2
4
Polysukfone resin(PSO)
聚砜树脂
2
2&
2
2-3
2
2-3
2-3
3
2
2
4
Polyvinyl chloride(PVC)
聚氯乙烯
2-3with Foils
加薄胶膜
3△
2-3
2-3
2-3
1-2
3#
3-4
2-3
2
超声波焊接线设计标准
超声波焊接线设计标准一、概述超声波焊接是一种高效、环保的连接工艺，广泛应用于塑料、金属、陶瓷等材料的连接。
本文旨在提供超声波焊接线设计的基本标准，帮助工程师和设计师在产品开发中更好地应用超声波焊接技术。
二、设计标准1. 材料选择：选择适合超声波焊接的材料是关键。
一般来说，高分子材料如塑料、橡胶等较易焊接，而金属、陶瓷等硬质材料则较难焊接。
2. 结构设计：超声波焊接线的结构设计应遵循简单、稳定的原则。
避免有过多的转折、弯曲等复杂结构，以减少能量的损失和焊接不良的风险。
3. 声学匹配：在超声波焊接过程中，声学匹配是影响焊接效果的重要因素。
声学匹配包括声阻抗、声速等参数的匹配，确保超声波在焊接线中传播时能量损失最小。
4. 焊接参数设置：正确设置焊接参数是保证焊接质量的关键。
包括超声波频率、振幅、功率、焊接时间等参数，应根据材料类型和厚度等因素进行合理设置。
5. 焊接质量检测：为确保焊接质量，应在生产过程中定期对焊接线进行检查和测试。
可以采用目视检查、破坏性试验等方法，以确保产品的可靠性。
6. 安全性考虑：超声波焊接过程中会产生高频振动和高温，因此设计时应考虑安全性，包括设备固定、防护措施等。
7. 生产效率：设计超声波焊接线时，应考虑生产效率。
选择合适的设备型号和配置，以提高生产效率。
8. 维护与保养：为确保超声波焊接线的长期稳定运行，应定期对设备进行维护和保养。
包括检查紧固件、更换易损件、清洁设备等。
9. 环境适应性：考虑到生产环境可能存在的温差、湿度等因素，设计时应选择适应性强、耐用的设备及部件。
10. 经济性：在满足生产需求的前提下，应考虑设备的经济性。
选择性价比高的设备型号和配置，以降低生产成本。
三、总结超声波焊接线的设计标准是确保焊接质量和生产效率的关键因素。
在设计过程中，应充分考虑材料选择、结构设计、声学匹配、焊接参数设置、质量检测、安全性、生产效率、维护保养、环境适应性和经济性等方面的要求，以确保设计的有效性。
超声波焊接结构设计 课件
无损பைடு நூலகம்测
利用超声波、X射线等技术对 焊缝进行无损检测，以发现内
部缺陷。
破坏性检测
通过切割、拉伸等试验，对焊 缝进行破坏性检测，以评估其
力学性能。
焊接质量控制措施
选用合适的焊接参数
根据材料厚度、焊接方式等因 素，选择合适的功率、时间和
压力等参数。
控制材料质量
确保材料表面清洁、无杂质， 符合焊接要求。
超声波气动部分
超声波气动部分包括气源、气路控制系 统和气动元件等，它为超声波焊接提供 气压动力，实现焊头的上下振动和工件
的夹紧。
超声波气动部分的气压、流量和稳定性 对焊接效果有很大影响，因此选择合适 的气动元件和控制方式是实现高效、高
质量超声波焊接的重要环节。
常见的气动元件包括气缸、电磁阀、调 压阀等，可根据实际需求选择适合的元
缝焊
通过在两个金属板材之间施加超声波能量，使接触面熔化，并在压 力作用下形成连续的焊缝。
对焊
将两个金属板材的对接端施加超声波能量，使其熔化后结合在一起， 形成对接接头。
焊接结构设计要点
材料选择
根据焊接工艺要求和产品性能需求，选择适合的金属材料。
焊接面设计
确保焊接面平整、无杂质，以实现良好的接触和熔合。
超声波焊接原理
热作用
超声波在固体材料中传 播时，通过摩擦产生热 量，使接触面材料熔化。
压力作用
在焊接过程中，施加适 当的压力使熔融材料紧
密结合。
声流作用
冶金结合
超声波传播时在材料中 产生的声流能促进材料
流动和结合。
通过热作用、压力作用 和声流作用的综合效应， 实现材料的永久性连接。
02 超声波焊接设备
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析刘兵华1 席燕辉2(1.延锋汽车饰件系统(长沙)有限公司 湖南长沙 410000;2.长沙理工大学 湖南长沙 410114)摘要： 超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件，在塑料超声波焊接加工中，常常把变幅杆与焊接工具设计在一起，即业内通俗说的超声波变幅杆焊头。
该文结合实际应用情况，通过理论计算得到阶梯形变幅杆焊头的几何模型，并基于Ansys Workbench 分析软件对阶梯形变幅杆焊头进行模态分析和谐响应分析，获得了阶梯形变幅杆放大系数、截面突变处的过渡圆弧与最大应力的变化规律，为阶梯形复合变幅杆焊头的设计提供了参考，优化设计的阶梯形变幅杆焊头工作性能得到大幅度提升。
关键词： 阶梯形 变幅杆焊头 有限元 模态分析中图分类号： TG663文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)10-0071-05Design and Performance Analysis of the Stepped Horn WeldingHead Based on Ultrasonic Vibration MachiningLIU Binghua 1 XI Yanhui 2(1.Yanfeng Automotive Trim Systems (Changsha) Co., Ltd., Changsha, Huhan Province, 410000 China;2.Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hunan Province, 410114 China)Abstract: The ultrasonic horn is an important part of the ultrasonic vibration system in the ultrasonic vibration composite processing technology. In the plastic ultrasonic welding process, the horn and welding tools are often de‐signed together, and that is commonly known as the ultrasonic horn welding head. Combined with the actual ap‐plication situation, this paper obtains the geometric model of the stepped horn welding head through theoretical calculation, conducts the modal analysis and harmonious response analysis of the stepped horn welding head based on Ansys Workbench analysis software, and obtains the variation law of the amplification coefficient, transition arc at the abrupt change of cross-section and maximum stress of the stepped horn, which provides reference for the design of the stepped horn welding head. The working performance of the stepped horn welding head that is optimally designed has been greatly improved.Key Words: Stepped; Horn welding head; Finite element; Modal analysis超声振动加工是一种重要的特种加工技术，其中超声振动系统是超声加工的核心部分，由换能器、变幅杆、工具等构成。
超声波焊接线设计标准
超声波焊接线设计标准超声波焊接作为一种高效、优质的焊接工艺，在电子、汽车、医疗器械等领域得到了广泛的应用。
为了保证超声波焊接线的设计符合标准，我们需要建立一份针对超声波焊接线设计的标准，从材料选型、结构设计、工艺流程等方面进行规范。
下面是一份关于超声波焊接线设计标准的草案，希望可以帮助到你。
一、引言超声波焊接线是用于超声波焊接的装置，主要由超声波传感器、变换器、焊接头等部件组成。
制定超声波焊接线设计标准的目的在于规范超声波焊接线的设计和制造，提高超声波焊接线的质量和性能，保证超声波焊接的效果。
二、材料选型1. 超声波传感器材料应选用优质的陶瓷材料，具有优良的耐高温、耐腐蚀、优质的超声波传递特性，并符合相关的环保标准。
2. 变换器应选用优质的钛合金材料或者铝合金材料，具有高强度、低能量损耗、耐腐蚀等特性。
3. 焊接头应选用具有良好传导性能的材料，保证超声波能够有效地传递到焊接部件上。
三、结构设计1. 超声波传感器应设计成适合焊接工艺要求的形状和尺寸，保证超声波能够均匀地传递到焊接部件上。
2. 变换器应设计成适合超声波焊接工艺的形状和尺寸，保证能够有效地将电能转化为超声波能量。
3. 焊接头应设计成适合焊接工件的形状和尺寸，保证焊接头与工件之间的匹配度和接触度。
四、工艺流程1. 超声波传感器的安装应符合相关标准要求，安装位置应能够满足工件的焊接需求。
2. 变换器的安装应符合相关标准要求，安装位置应固定、稳定，以保证超声波的传递效果。
3. 焊接头的安装应符合相关标准要求，确保与工件的接触面光滑、平整，以保证焊接效果。
五、质量检验1. 对超声波传感器、变换器、焊接头等关键部件进行质量检验，包括外观检查、尺寸测量、性能测试等。
2. 对焊接线的整体性能进行测试，包括焊接效果、工作稳定性、耐久性等。
六、安全环保1. 超声波焊接线的设计应符合国家相关的安全标准和环保标准，包括材料选择、工艺流程和废弃物处理等方面。
超声波焊接线设计标准
超声波焊接线设计标准一、引言超声波焊接线作为工业生产中常见的焊接设备，其设计标准对于设备的稳定性、安全性和生产效率至关重要。
本标准旨在规范超声波焊接线的设计要求，以确保设备在使用过程中能够满足相关的安全和质量要求。
二、标准适用范围本标准适用于生产厂家设计制造的超声波焊接线，旨在规定其结构、性能、安全等方面的要求。
三、术语和定义1. 超声波焊接线：利用超声波振动产生热量，实现材料的焊接的设备。
2. 控制系统：指超声波焊接线的自动控制系统，用于控制焊接参数、监测设备状态等。
3. 脉冲功率：焊接过程中超声波振动产生的功率。
4. 工作台面积：焊接线工作台的有效焊接面积。
四、设计要求1. 结构设计1.1 确保超声波焊接线的结构设计符合相关机械设计标准，具有足够的稳定性和承载能力。
1.2 设备应采用模块化设计，易于维护和更换零部件。
1.3 为确保操作人员的安全，设备应具有防护装置，避免操作人员接触运动部件和高温部件。
2. 功能设计2.1 控制系统应具备稳定可靠的功能，能够实现焊接参数的准确控制和自动监测。
2.2 设备应具备自动化功能，能够实现自动开启、关闭、调节焊接参数等操作。
2.3 设备应具备故障诊断功能，能够对设备状态进行实时监测，并在出现故障时自动停机。
3. 焊接性能3.1 设备应具备稳定的脉冲功率输出，能够满足不同材料的焊接要求。
3.2 工作台面积应根据生产需要设计，确保能够容纳相应的工件进行焊接。
五、质量要求1. 设备应符合相关国家标准和法规的要求，具有合格的检测报告。
2. 设备应具有完整的生产和质量记录，确保生产过程的可追溯性和可控制性。
3. 在出厂前，设备应经过严格的性能测试和质量检验，确保设备的正常运行和使用寿命。
六、安全要求1. 设备应设置标识，清晰明确地标注相关的安全警示信息。
2. 设备应采用可靠的安全保护装置，避免因操作不当或设备故障导致的意外伤害。
3. 设备应符合相关的电气安全标准，保证设备在电气方面的安全性。
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( 0.7 ) 防止位置偏移
( 0.9 ) 引導孔
阶梯型设计及用处
防止溢料 改善外观
阶梯型设计例子
榫槽型设计例子
超声线及火花纹设计
Branson/Mold-Tech Texture Designation
Branson300 Branson450 Branson600
Pattern Depth
（0.03）
0.3
0.4R型很重要来自45°~ 60° 1.0
Join Design③
肉厚約 0.8 mm以下時 ( 0.4 )
0.03 0.4
0.25
0.5
30°～ 45°
0.8
Join Design④ 防止位置偏移(斷差)
肉厚 0.7 mm以下時
0.7＞
( 0.5 )
防止位置偏移 引導加厚部
0.25
0.010” to 0.025” (0.25 to 0.64mm)
0.060” (< 1.50 mm)
Chisel energy director 45º 0.015 to 0.019” tall (0.4 to 0.5mm)
Before
After
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.8 0.03
75 μm 115 μm 150 μm
超声线及火花纹样板
刀边型加上火花纹
超声熔化效果
无火花纹
有火花纹
超声焊接结构
阶梯型
Continuous Criss-Cross Energy Director
超声焊接结构
榫槽型
Tongue & Groove
3.0
2.0
角度 3～ 5 °
( 0.7 )
1.5
0.7 0.6
谢谢观赏！
0.003” 0.0045” 0.006”
Energy Director Height
0.005”-0.011” 0.012”-0.017” 0.018” and up
提高強度方式：超声线及火花纹
熔接強度提高
咬花面加工
可防止横向滑動
ED 高度
0.13～0.29 0.30～0.44 0.45 以上
咬花面深度
超声波焊接结构设计
——基本型、阶梯型
焊接筋的角度
120 °
90 °
60 °
45 °
超声焊接结构
基本型
Basic Energy Director
W
W
4
8
W
64
W
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
1.5
0.05
( 0.5 )
0.5
0.5
60 °
超声焊接结构
阶梯型
Chisel Edge
W+ 8
( 0.5 )
0.37
0.4
45 °
超声焊接结构
阶梯型
Step Joint
0.40
0.03
( 0.30 )
0.17
0.20
Join Design①
肉厚達 1.5 mm 程度時
（0.5）
1.5 0.05
0.5
60 °
R型 到ED為10mm 以下
0.5
Join Design②
肉厚 1.0 mm 程度時 （0.5 ）