超聲波焊接是一種快速高效的連接技術，不需要焊劑和外部加熱。它的突出特點是焊接速度快，焊接強度高，焊縫質量好，成本低廉且安全可靠。超聲波塑料焊接是最常用的塑料焊接方法，廣泛應用於電子、文具、食品、化妝、家電和玩具等行業 。
超聲波塑料焊接指的是利用超聲波振動將兩個熱塑性塑料產品熔接在一起的過程。當超聲波作用於塑料焊件時，接觸麵之間和分子間的摩擦使結合處的溫度急劇上升，當溫度高至足以使塑料熔化時，兩個塑料焊件之間 將產生材料的熔體流動。當振動停止後，塑料熔體在壓力下固化並再結晶，而形成均勻的焊接，見圖1。由於熔體流動在焊接邊界上產生黏合並再結晶，焊接強度接近於原材料的強度。根據上文，理想的超聲波焊接的熱量應該隻發生在焊接區域，見圖 2， 通過合理的能量導向結構 （又稱導能筋）來引導超聲波的熱量傳遞，這裏的能導向結構指的就是焊線結構 。
1、超聲波焊線結構設計
影響產品超聲波焊接效果的因素有很多 ， 其中一個重要因素就是焊接結構的設計 。 焊線結構的好壞直接影響到後麵焊接工藝的穩定性和焊接質量 。
1.1基本設計原則
如圖 3 所示 ， 一個理想的焊接結構應該包括以下五個部分：① 能量引導： 引導超聲波能量在焊接區域產生熱量 ；② 焊頭完全接觸：焊頭要覆蓋超聲波焊接區域 ；③支撐：焊線結 構正下方必須有支撐 ；④ 密封性 ： 預防熔接物溢出焊接區域 ； ⑤ 體積和位移的預留：確保熔體在焊接區域能自由流動，兩塑料焊件之間的間隙確保焊接不受阻。
當設計焊線結構時 ， 如果實際產品中由於空間等原因，不能完全包括這五個基本結構，設計師 要知道你失去的是哪個結構，在不影響產品功能的前提下，與焊接工藝一起共同確保焊接質量 。
（1）能量導向 。一般把焊線結構上的尖角作為能量導向，將超聲波能量直接傳遞到焊接區域，而使零件本體不受高熱作用，這樣焊接時間短且所需能量少。如果沒有尖角作為能量導向，焊接時間會大大延長，零件的發熱區域也無法控製，容易發生熱損傷 。 如圖 4 所示 ，能 量導向的尖角角度（ɑ）常見的有45°、 60°、90° 和 120°， 根據超聲波焊接的能量傳遞效率和平衡 ， 90° 的能量傳遞效率最高 ， 有時也用 60°， 但 45° 和 120° 盡量不建議使用 。 能量導向的高度（h）由焊件的材料和壁厚決定 ， 一般來說 ， 能量導向的高度至少是壁厚（H）的一半 。 實際設計中，也可以根據不同塑料材料的可焊性做相應調整 ， 可焊性好的塑料焊件所需的能量導向高度可以小一些 ， 反之相反 。 考慮到能量導向如果太尖銳的話 ， 可能會比較脆弱 ， 而且模具也比較難實現 ， 所以尖角的端部實際會有倒角結構 ， 但是該倒角半徑（R）不能超過 0.1mm。 另外 ， 根據 “ 最弱點 ” 原則 ， 不要在焊接的其餘任何位置設計多餘的能量導向 ， 即其它結構處的倒角半徑至少必須大於等於 0.2mm。
（2） 焊頭完全接觸 。 焊頭與上焊件的接觸麵要覆蓋整個焊接區域 ， 一般來說焊接麵需要比焊接區域的橫截麵 大3 倍 ， 以確保能量傳遞損耗最小 。 另外 ， 在焊接過程中 ， 振幅會隨著焊接深度的加深而衰減 ， 考慮到振幅的要求，工藝設計時，將焊接區域盡可能地靠近焊頭 。
（3） 支撐 。 焊線下方必須有支撐，使得力能夠直接通 過焊線來傳遞。不要讓孔洞 、 階梯或者物件的彎曲使得力在傳遞過程中產生流失，一般由工裝來實現支撐保護 。另外，盡可能地讓支撐麵靠件焊線結構，且支撐麵必須比焊線接縫大兩倍以上 。
（4） 密封性 。 密封的焊線結構 ， 如圖 5 所示 ， 可以使熔 體均勻地流入並填充焊接槽中 ， 使得熔體接觸麵增大 ， 確保焊接黏合力 。 如果焊線結構不密封 ， 塑料熔體容易離開焊接區域 ， 焊接黏合力也會隨著熔體塑料的減少而降低 ， 而且多出來的餘料會溢出焊接區域 ， 導致產品外觀質量缺陷 。 非結晶性塑料 （ 如 ABS） 不需要密封來保證焊接黏合力 ， 因為非結晶物料的熔體焊接力能通過自身 熔體的粘性來保證 ； 而對於結晶性塑料 （ 如尼龍 ）， 材料較軟不易吸收超聲波能量 ， 且受熱過程容易突然水化 ， 熔體流動不可控 ， 所以密封性焊線結構則尤為重要 。 隨著科技的進步 ， 產品尺寸越來越小 ， 焊接區域壁厚通常在 1.0mm 左右 ， 沒有空間設計完整的密封區域 ， 這時也可以隻封住一個麵 。 可以將內側麵密封打開 ， 因為尼龍材料本身是絕緣的 ， 即使餘料流到產品內部 ， 對產品電氣性能也沒有影響 。 但是外側一定要密封住 ， 這樣既保證基本的焊接黏合力 ， 又能避免溢料影響外觀質量 。
根據尼龍特有的焊接性能 ， 在設計連接器產品上的焊線結構時 ， 密封或半密封結構是首要考慮因素 。 優先的焊線結構常見的有四種 ： 階梯式 、 舌槽式 、 斜截麵式和 V 型槽式 。
（1） 舌槽式焊線結構 。
舌槽式焊線結構是完整的密封焊線結構。如圖 6 所示，焊接餘料完全包含在焊接區域內。上焊件的導能筋與下焊件的配合槽單邊間隙建議在 0.05mm~0.1mm 之間。舌槽式焊線結構需要較厚的壁，適用於壁厚大於 1.5mm 以上的焊接產品 。
（2） 階梯式焊線結構 。
階梯式焊線結構如圖 7 所示 ， 是典型的半密封焊線結構 。 在外側增加阻擋 ， 防止焊料溢出表麵而影響外觀 ， 但允許部分焊料流入產品內部 。 如圖所示 ， 尺寸 h2 應該大於 h1（h2＞h1）， 不僅可以避免焊接硬阻力 ， 還可以增加產品的外觀美觀 。階梯式焊線結構適用於壁厚在 1.0mm 左右的焊接產品 。
（3） 斜截麵式焊線結構 。
斜截麵式焊線結構也是一種 半密封焊線結構 。 如圖 8 所示 ， 焊接餘料包含在焊接區域以內 ， 但允許部分焊料流入產品內部 。 斜截麵角度 α 提供重要的能量導向 ， 角度值建議在 20°<α<35° 之間 ， 一般取 α≈25°。 該焊線結構對注塑工藝的精度要求較高 ， 且需要較高的焊接能量 。斜截麵式焊線結構不需要太厚的壁 ， 適用於壁厚小於 1.0mm 的焊接產品 。
（4）V 型槽式焊線結構 。
V 型槽式焊線結構是介於完全密封和半密封焊線結構之間 。 如圖9 所示 ， V 型槽的角度一般選 120°， 適用於 較小的焊接產品 。 該焊線結構對注塑工藝的精度要求較高 ， 且也需要較高的焊接能量 。
合理的超聲波焊線結構對焊接工藝穩定和焊接溢料質量的影響是巨大的，因此在設計超聲波焊接產品時應該提前做好功課。
