在之前的文章中，我們已經(jīng)簡要介紹了，超聲波焊接作為熔融焊接技術(shù)的一種，因其快速、經(jīng)濟(jì)、適合批量生產(chǎn)而被廣泛應(yīng)用于熱塑性材料的連接。這種技術(shù)通過摩擦和聚合物中的粘彈性耗散來連接部件。本次，我們對(duì)這種焊接工藝進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹，以及討論該技術(shù)最新的一些發(fā)展情況。

在超聲波焊接中，待焊件通常在接頭界面處有一個(gè)小的初始接觸，來集中超聲能量并引發(fā)熔化。對(duì)于許多應(yīng)用來說，這種小的接觸面積是通過一個(gè)能量引導(dǎo)器來實(shí)現(xiàn)的，能量引導(dǎo)器是一個(gè)尖銳的三角形肋條，模制在一個(gè)零件的表面上。但是，由于創(chuàng)造這種特性會(huì)增加零件的成本，過往的研究一直集中在焊接零件的方法上，特別是聚合物復(fù)合材料，而不是能量引導(dǎo)器。

在沒有能量引導(dǎo)器的材料上進(jìn)行焊接時(shí)，能量不集中，接合界面處的庫侖摩擦小于有能量引導(dǎo)器時(shí)的情況。因此，零件需要更多的時(shí)間來熔化，整體焊接時(shí)間更長。但熱塑性塑料在超聲焊接下會(huì)產(chǎn)生粘彈性耗散，隨著焊接時(shí)間的延長，零件溫度會(huì)升高。當(dāng)溫度升高到某一點(diǎn)以上時(shí)，聚合物會(huì)發(fā)生熱分解，形成多孔區(qū)域，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。

解決這個(gè)問題的一種方法是在焊接前加熱零件。超聲波焊接過程中產(chǎn)生的熱量取決于材料的損耗模量，而損耗模量與零件的溫度密切相關(guān)。因此，對(duì)零件進(jìn)行預(yù)熱可以縮短焊接時(shí)間，降低熱分解的風(fēng)險(xiǎn)。然而，這個(gè)解決方案同樣存在問題：它需要額外的操作，而且效果有限。

因此，在最新的進(jìn)展中，研究人員開發(fā)了另一種解決方案：雙脈沖超聲波焊接。在該項(xiàng)技術(shù)中，第一個(gè)脈沖用于預(yù)熱零件，而第二個(gè)脈沖完成焊接。第一個(gè)脈沖在接頭界面處產(chǎn)生熱量。界面處的材料首先熔化，并且那里的溫度比工件中部的溫度高。冷卻一段時(shí)間后，在同一位置施加另一個(gè)超聲波脈沖以擴(kuò)大焊縫的尺寸。通過調(diào)整兩次脈沖之間的焊接時(shí)間和冷卻時(shí)間，使工件中間的溫度保持在塑料的分解溫度以下。通過增加接頭界面的能量耗散，抑制熱分解，提高了焊接質(zhì)量。