超聲焊接中如何減少飛邊產生 稷械超聲波

在超聲波焊接過程中，飛邊（Flash/ Burrs）的產生主要由熔融材料溢出導致，嚴重影響產品外觀和密封性。以下是結合材料特性、工藝參數和模具設計的系統性解決方案：

 一、飛邊形成的根本原因

1. 能量過剩：焊接時間過長或振幅過高，導致材料過度熔融。

2. 壓力過大：超過材料流動極限，迫使熔體溢出結合面。

3. 材料流動性過高：如未干燥的PA、PP等材料黏度下降，易流動。

4. 結構設計缺陷：缺少溢料槽或導能筋（Energy Director）尺寸不合理。

 二、關鍵控制措施與參數優化

 1. 工藝參數精準調控

| 參數          | 優化方向                  | 典型調整范圍               | 效果案例                     |

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| 焊接時間   | 縮短10%30%              | 0.3s → 0.25s（降16%）     | 某PET外殼飛邊率從12%降至3%   |

| 焊接壓力   | 降低至材料屈服極限以下    | 0.5MPa → 0.35MPa（降30%） | 汽車燈罩PA+GF30飛邊消失      |

| 振幅       | 降低振幅5%15%           | 60μm → 55μm（降8%）       | 醫療導管PC件飛邊厚度減少70%  |

| 觸發力     | 提高確保初始接觸穩定      | 80N → 120N（升50%）       | 電子連接器飛邊率下降40%      |

實驗方法：  

采用田口法（Taguchi）進行L9正交實驗，以飛邊高度（Y）為響應變量，優化參數組合。

 2. 導能筋（Energy Director）結構設計

 形狀優化：  

  優先選擇尖峰三角形（高度0.10.3mm，底角60°），而非半圓形，集中熔融區域。

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  優化案例：

  某ABS齒輪焊接將導能筋從半圓（R0.2mm）改為三角形（H0.15mm），飛邊量減少90%。

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 位置調整：  

  將導能筋從焊接面中心偏移至內側0.5mm，利用模具壓合抑制溢料。

 3. 模具與溢料槽設計

 溢料槽（Flash Groove）：  

  在結合面外側開設深度0.050.1mm、寬度0.30.5mm的環形槽，用于容納溢料。

 分型面配合精度：  

  模具閉合間隙≤0.02mm（高于IT7級），采用CNC鏡面加工（Ra≤0.8μm）。

 案例：  

  鋰電池鋁塑膜封裝模具增加溢料槽后，飛邊寬度從0.5mm降至0.05mm。

 4. 材料預處理

 干燥處理：  

  對PA、PBT等吸濕性材料，80120℃烘烤24小時，使含水率＜0.02%。

 添加劑控制：  

  減少潤滑劑（如硅油）含量（從1.5%降至0.8%），提高熔體黏度。

 5. 設備與過程控制

 能量監控：  

  設定能量上限（如300J），超過閾值自動終止焊接，防止過熔。

 分段焊接：  

  采用“高振幅短時間（0.1s）+低振幅長時間（0.3s）”兩段式焊接，平衡熔融與保壓。

 實時調頻：  

  通過自動頻率追蹤（AFC）補償焊頭溫度漂移，保持能量穩定。

 三、行業應用案例

 案例1：汽車濾清器PP殼體焊接

 原問題：飛邊長度1.2mm，導致密封失效。

 解決方案：  

  ① 導能筋改為雙峰結構（高度0.2mm）  

  ② 壓力從0.6MPa降至0.4MPa  

  ③ 增加溢料槽（0.08mm深×0.4mm寬）  

 結果：飛邊消失，爆破壓力從35kPa提升至50kPa。

 案例2：醫用透析器PSU組件焊接

 原問題：飛邊堵塞微孔濾膜（孔徑0.1μm）。

 解決方案：  

  ① 焊接時間從0.5s縮短至0.35s  

  ② 模具間隙從0.03mm壓縮至0.01mm  

  ③ 材料預干燥（120℃×4h）  

 結果：飛邊高度從15μm降至2μm，良率從78%升至99%。

 四、飛邊問題診斷流程

    A[發現飛邊] > B{檢查材料狀態}

    B >|含水率高| C[烘料處理]

    B >|含助劑過量| D[調整配方]

    A > E{分析工藝參數}

    E >|時間/壓力/振幅過高| F[DOE參數優化]

    A > G{評估模具設計}

    G >|無溢料槽| H[增加0.1mm深溢料槽]

    G >|導能筋不合理| I[改為尖峰三角形]

 五、進階技術

 激光微結構焊頭：  

  在焊頭表面激光雕刻微溝槽（寬20μm，深10μm），定向引導熔體流動。

 超高頻焊接（100kHz+）：  

  減少振幅至10μm級，降低材料剪切力，適用于薄壁精密件（如光學透鏡）。

通過綜合調控能量輸入、材料狀態和模具約束，可有效抑制飛邊。建議優先通過參數優化（縮短時間+降低壓力）實現80%改善，剩余問題通過模具結構調整解決。