超声焊接技术

    与传统的焊接技术（如粘接或热焊接等）相比，超声焊接不会对材料性能造成任何影响。此外，超声焊接技术还可以多层焊接，多个工艺步骤（焊接、切割和穿孔等）可同时进行。

    德国卡尔斯巴德的Herrmann Ultrasonics公司，专业从事热塑性材料的超声焊接，为塑料、包装和无纺布等行业的客户提供广泛的超声焊接解决方案。

它是如何工作的？

    超声焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。

    超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区声阻大而产生局部高温，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。一旦达到预期的焊接程度，超声波停止作用，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。

图1 超声焊接堆栈组件（A压电转换器，B变幅杆，C换能器）

高焊接质量要求

焊缝要满足稳定、优质和美观等良好焊接效果的前提，是焊接工具必须同时适用于焊接工艺和材料。在赫尔曼超声波下，对所有的堆栈组件分别进行独立测试，其中振幅测量最为重要。

振幅测量

根据部件的不同，采用单点式或扫描式振动测量。

    换能器和变幅杆是商用标准组件，其输出固定的标称振幅值。我们采用CLV紧凑型激光测振仪来测量振动幅值，确保其振幅在规定范围内。为确保良好的焊接工艺，换能器作为提供相应超声振幅的独立部件，必须与工件完全匹配。利用三维CAD模型（图2），通过工件原型化来开发和设计超声换能器。在有限元模型分析的帮助下，不断优化其振动性能直到其满足规定参数，至此，换能器才能投入生产。

图2 换能器有限元模型的动态特性（上半部分）和换能器的应变分布（下半部分）

图3 超声换能器测试现场布局

图4 超声换能器表面的振幅分布

    使用PSV扫描式激光测振仪来测量超声换能器成品。图3是测试现场布局，左侧为PSV扫描头，右侧为安装在合适支架上的超声换能器，中间为PSV软件界面，显示了超声换能器实时视频图像和测量数据。PSV系统测量了特定频率下超声换能器表面选定测点的振幅（图4）。本次试验专门配置的软件为测量节省了不少时间，且操作安全，并可提供测试文档。测得的振幅分布与有限元模型再次进行比较，必要时，对超声换能器进一步优化。