超聲波焊頭為什么會不振

超聲波焊頭為什么會不振

焊頭在超聲波焊接中起著關鍵作用。但焊頭究竟是怎樣一種“工具”，它的作用是什么？讓我們一一介紹。

焊頭是將振動有效傳遞到塑料焊接部位的工具。它有以下功能：

傳遞振動能量

傳遞壓力

傳遞振幅

提供與產品外形一致的形狀，同時因為塑料有延展性，所以能夠一定程度的貼合產品。

焊頭的設計和制造必須非常小心，因為只有好的焊頭才能保證良好的焊接結果。如果焊頭設計不良（振幅設計、振型不合理），制造不良（材料選擇，修頻不合適），可能會導致焊頭斷裂失效。

不同尺寸的焊頭

焊頭材料選擇和限制

通常，用三種不同材料來制造焊頭，每種材料都有其*的性能。要根據使用要求和預期進行選擇。

? 鋁合金：用于軟模驗證工藝階段或者小批量生產階段，不能承受機械應力。或用于重量和成本是重要考量因素的大型焊頭。這是一種***常用的材料，具有良好機械性能（硬度和超聲傳播速度）和經濟性。

? 鈦合金：用于產品的小、中、大批量生產階段，具有優異的聲學性能，能夠承受機械應力是鋁合金的3倍，有相對優異的耐磨性能。同時，通過在焊頭表面進行特定的表面處理能夠大大增加其耐磨性。常常用于含有玻璃纖維塑料的焊接。

? 合金鋼：用于無法適用鋁合金和鈦合金的塑料部件焊接，其具有高硬度和耐磨性，一般使用前要經過硬化處理。這種材料常常用于超聲波金屬螺絲鑲嵌的應用中。

為了獲得的焊接效果，建議不要使用大型超聲波焊頭。因為大型焊頭的振動表面振幅輸出無法嚴格一致，所以焊接大型產品時，建議使用子母焊頭或者多個單獨焊頭組合焊接。焊頭使用時還應注意以下幾點：

? 鋁合金焊頭振幅輸出≤60μm；

? 鈦合金焊頭，對于簡單的圓形焊頭，輸出振幅90-120μm；

? 對于大型焊頭，焊頭端面增加溝槽有助于振幅輸出更均勻，同時輸出振幅≤60μm；

? 對于大型子母焊頭，母焊頭振幅輸出≤40μm；

? 需要避免鋒利的邊緣。所有焊頭邊緣必須是倒圓角，以避免破損；

? 必須使用適當的工具組裝焊頭。

FEA評估焊頭質量并優化

使用先進的FEA有限元仿真，能夠在設計階段對焊頭進行失效分析，評估和優化焊頭的振動行為、輸出振幅均勻性，和應力。試驗證明能夠對焊頭進行準確評估，大大提高焊頭的可靠性。

采用FEA對焊頭振動和振幅優化案例

采用FEA對焊頭應力分布優化案例

焊頭的類型和特點

焊頭有不同類型，以適合不同的應用需求。例如：一個小的、高增益（高振幅輸出）圓形焊頭用來焊接小的矩形零件；大的矩形焊頭輸出小振幅，用來焊接大型零件。***常見的幾種類型如下：

? 臺階型焊頭（Stepped Horn）：焊頭兩端具有不同的截面，兩段截面在焊頭節點位置通過圓角過渡。臺階型焊頭因為在節點平面截面突然變化，所以具有高增益大振幅輸出，同時機械應力也較大。該類焊頭適用于超聲波焊接、鉚接、脫落等過程。

? 指數型焊頭（ Exponential Horn）：焊頭外形按照指數公式變化。橫截面逐漸過渡，將內部應力分布在較長區域，以減少峰值應力。因此，這類焊頭具有理想的應力分布和優異的抗疲勞強度。適用于焊接壓力大，振幅輸出小的應用中，如金屬螺絲鑲嵌。

? Catenoid焊頭：結合了臺階型高增益 和 指數型低應力的優點。適用于焊接和鉚接各種小型零件。

? 矩形（Rectangular）或者圓形（Bar）焊頭：常用設計。小尺寸的矩形焊頭也通常采用臺階型設計。一般寬度大于88mm焊頭，為了避免焊頭橫向振動和應力，必須在其結構上增加槽。標準的矩形焊頭尺寸可以做到250mm。

? 圓形焊頭（Circular Horn）：包括中空或者實心焊頭。通常用在焊接區域為圓形的塑料部件。直徑超過88mm的圓形焊頭通常增加槽，以允許軸向振動。