超声波焊接线设计综述

学习参考

超声波焊接的塑件设计规范

一. 超声波设计准则：

1. 两熔接面的最初接触面积必须减少以减少溢胶发生

2. 提供一种能使两接触面相互对位的方式 ，可采用插针,插

孔,阶梯或沟槽.

3. 整个熔接面必须均匀一致与紧密接触 ，尽可能保持在同一

平面.

4. 美工线：设计特性使熔接完毕后接口四周将出现 0.25至

0.64mm之空隙，因为工件与工件之间的变形不易被发现 .

5. 避免直角转角设计，为了增加熔接强度建议咬花面设计 .

二.熔接面有熔接线和剪切两种主要设计类型 .

导熔线：

是在两熔接面之一上形成一条三角形凸出的材料 ，导

熔线的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的一

面熔解，导熔线能够快速溶解到最高的熔接强度 .导

熔线必须愈尖愈好，当熔接低温度熔解的塑料 ，导熔

线高度不可低于 0.25mm,若熔接半结晶型或高熔解温 度的塑料时，导熔线高度不可低于 0.5mm. 学习参考

（一）基本导熔线设计观念可以运用在平头熔接面以外的熔 接面设计上去以取得额外的优点 .

1. 阶梯式导熔线：主要用语外观件上需要精确对位与不溢胶 上的设计.注意这种设计的壁厚要求最小尺寸为 2mm.

2. 沟槽式导熔线：主要是能从里外两面防止溢胶并且可能提 供对位功能，提升高度的熔合使熔接面积增加而提升熔接 强度的设计，注意这况设计的壁厚要求最小尺寸为 2mm. 学习参考

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3. 十字交叉式导熔线：是一导熔线使它们相互呈垂直交叉

能缩短熔接时间及降低熔接时所消耗的功率 ，且并不影响

熔接强度，但是会产生高低断差以及溢胶 .

4. 连续沟齿状导熔线：若取得完全密合的熔接效果 ，建议一

方的导熔线设计采用连续沟齿状 .此款设计将产生大量的

溢胶. 学习参考

5. 垂直与墙壁式导熔线：适用于增加抗撕裂与减少溢胶 ，这

种设计仅适用于只需要结构性的熔接而已 .

6•间断的导熔线：可以减少熔接面积因此降低能量或所需的 功率层级，这种设计只能用非要求高强度的结构性熔接而 已.

超声波线束焊接工艺的优势探讨

摘要：伴随我国交通物流系统的不断完善，对工业搬运车辆设计与应用提出更高的要求。以叉车为例，作为物流系统中主要搬运设备，在许多如仓库、工厂、港口、机场以及车站中均有所体现，这在一定程度上要求叉车整体设计质量不断提高。本次研究将对超声波线束焊接工艺做简单介绍，分析超声波线束焊接工艺在叉车线束工艺中的应用表现，在此基础上提出超声波线束焊接工艺应用的具体优势与前景。

关键词：叉车线束；超声波线束焊接工艺；优势

前言：作为当前汽车制造领域中常见的电连接工艺，超声波线束焊接属于摩擦焊、冷压焊两种工艺间的一种技术，通过其高密度能量完成焊接过程。值得注意的是，尽管近年来汽车制造领域中，如叉车线束方面逐渐引入超声波线束焊接工艺，但对其技术应用原理以及技术优势了解较少，可能导致工艺技术应用优势被限制。因此，本文对超声波线束焊接工艺的研究，具有十分重要的意义。

1超声波线束焊接工艺基本概述

关于超声波线束焊接工艺，其中的超声波属于一种高频率震动下产生的高于人类听力声波，通过该能量可满足非铁金属焊接要求。而线束工艺，可将线束理解为一种载体，主要用于负载源提供信号与电力，负责信号控制以及能量传输，在许多行业领域中均有所涉及，如家用电器、航空航天设备、轮船、农用设备、工程机械设备以及汽车等。结合近年来大多研究，可发现线束中应用较为广泛的是铜质材料，在几公里长度范围内，铜质线束均可到达，这在帮助控制信号传播以及能量传递等有积极作用，若能将其引入到压接、焊接中，更有助于组织的可靠连接。目前，线束连接方式中选择超声波线束焊接，在汽车制造领域如叉车线束工艺组中优势极为突出，这也是行业发展的重要趋势[1]。

2超声波线束焊接工艺在叉车线束工艺中的应用表现

2.1超声波线束焊接工艺基本原理

叉车线束工艺中，将超声波线束焊接工艺引入，其实现的原理首先表现在两块工件夹持状态下，在焊接端头、硬砧中有静压力产生，工件顶部位置将接收超声波能量，该能量可保持短暂时间，使表面沾污物质、氧化膜摩擦破碎清除，此时有清洁的新生金属暴露，相互结合两个表面达到焊接目的。工艺应用下，因两表面间距较小，金属型结合产生，加之超声波清理，将对新氧化膜的生成产生阻碍作用。当冶金结合后，一般无铸造组织熔化、飞溅、电弧情况，同时几乎无明显厚度变形[2]。

超声波焊接在线束中应用（全）

1

超声波焊接在汽车行业的发展

1955年美国航空部在登月项目中由美国Sonobond公司前身AerospaceProject发明超声波金属焊接技术

80年代后，超声波金属焊接技术就广泛应用于线束焊接（重点是汽车行业的低压及通讯线束）。小于30mm2的铜线与铜线焊接

2016年以后，由于电动汽车行业的变革，高压线在汽车里应用已成为非常重要的领域。国际上先进技术开始用超声波焊接全面替代压接，成为更稳定，更安全的连接方式

2

超声波焊接与压接技术对比

对比项 超声波焊接 压接

原理 金属分子晶格结构重组 塑性变形 初态电阻（以70mm2线＋连接器为例） 1-3 μΩ，刺穿表面氧化膜 10-20 μΩ，塑性变形，铜线丝是独立的，铜丝表面氧化膜存在，膜电阻一直存在

长期热（拉力/电阻）稳定性 稳定的一体化的结构。

10000次热循环后，没有出现明显变化 塑性变形在整个生命周期内一直存在。

（铜线线丝变细变长变松=>电阻变大，发热加剧一次热循环=> 一次热胀冷缩=> 一次压接）

2000-3000次热循环后电阻就会出现拐点，是压接极限

容差能力及量产要求

－材料影响

－尺寸影响 容差能力大

－材料特性微小变化对焊接无影响

－端子尺寸公差要求不高，线丝线径容差能力大 容差能力小

－材料特性影响材料的延展性，延展性微小差异严重影响压接一致性

－压接套尺寸要求高，铜丝线径尺寸公差影响压接质量大

长期外力震动作用下的稳定性

（Exp. Slow

Motion测试） 拉力/电阻稳定 拉力/电阻不稳定

－拉力会持续下降，电阻持续上升

－在长期受到外力和震动下，压接点铜线线丝变细变长变松

拉力

（以70mm2线＋连接器为例） 大，且长期稳定

USCAR 38 ，2700N 小，且持续下降

UL486A，1235N

Exp. 有压接拉力不够，加锡焊以增加拉力的案例

超声波焊接在防水产品中的应用及设计优化

超声波焊接是一种常用的焊接方法，特点是不需要使用黏合剂或其他添加剂，能够实现无污染及高效的焊接过程。在防水产品制造中，超声波焊接广泛应用于连接不同部件的任务，如焊接塑料与塑料、金属与塑料、橡胶与塑料等。本文将重点介绍超声波焊接在防水产品中的应用及设计优化。

超声波焊接在防水产品中的应用主要涉及连接两个或多个不同材料的部件，以实现防水效果。将塑料壳体与塑料盖子焊接在一起，形成密封的外壳，从而保证防水产品的防水性能。超声波焊接还可用于连接电线和电缆的塑料绝缘层，以防止水分侵入电线内部。

设计优化是实现高效超声波焊接的关键。需要选择合适的焊接机型和参数。焊接机型的选择应根据防水产品的尺寸和形状，以确保焊接能够充分覆盖焊接区域，并提供足够的焊接能量。焊接参数的选择应根据被焊接材料的特性，包括塑料的熔点、熔融温度和焊接温度等，以确保焊接过程中不会损坏材料。

需要合理设计焊接接触面和焊接接头的形状。焊接接触面应与被焊接材料的形状相匹配，以确保焊接能够充分传导至焊接区域，并提供足够的焊接接触面积。焊接接头的形状应设计成能够提供足够的焊接压力和焊接接触面积，以确保焊接质量的良好和稳定。

还需要合理优化超声波焊接过程中的操作步骤。在焊接过程中，应根据被焊接材料的特性和焊接实际情况，合理选择焊接时间、焊接压力和焊接频率等参数，以实现最佳的焊接效果。还应注意控制焊接过程中的温度和压力，以防止过热和损坏材料。

还需要进行焊接质量检测和验收。焊接质量检测可以通过目视检查焊接接头的表面质量和焊接质量等指标，以判断焊接质量是否合格。焊接接头的验收可以通过水密性测试等方法，以验证焊接的防水性能是否达到要求。

超声波焊接在防水产品中的应用及设计优化对于实现高效、可靠的焊接效果具有重要意义。通过合理选择焊接机型和参数、设计合理的焊接接触面和焊接接头的形状、优化焊接过程中的操作步骤以及进行焊接质量检测和验收等措施，可以确保超声波焊接的有效实施和防水产品的优质制造。