1.射频连接器超声波焊接基本原理及流程

  1.1超声波焊接介绍及基本原理

   超声波焊接是运用超音波振动频率，触碰磨擦造成能源而使2个塑胶件在焊接页面熔化而固定不动在一起。超声波焊接是一种便捷、整洁、合理的机械加工工艺，用以达到塑胶件高韧性的安装规定，是普遍应用的一种优秀安装技术性，适用各种类型塑胶件的安装。一切正常状况下，超音波焊接件具备较高的抗压强度，能够 替代有机溶剂黏胶及机械设备拧紧等安装方式 ，与此同时还能够具备防潮、防水的密封性实际效果。

   超声波焊接的原理是根据超音波产生器将50 Hz或60 Hz电流量转化成 15、20、30或40 kHz的电磁能，被变换的高频率电磁能根据超声波换能器再度被变换变成 同样頻率的分子热运动，接着分子热运动根据一套能够 更改震幅的调幅器设备传送到超声波模具，如图所示1所显示。

图1超声波焊接基本原理

   超声波模具将接受到的震动动能传送到待焊接塑胶件的页面，在该地区，震动动能根据磨擦方法被变换为能源，将塑料熔融，震动终止后保持在塑胶件上的短暂性工作压力使两塑胶件以分子结构接口方式凝结为一体，如图所示2所显示。

图2超声波焊接全过程

  1.2超声波焊接流程

  超声波焊接详尽流程如图所示3所显示：

图3超声波焊接详尽流程

  1.3超声波焊接在射频连接器中的应用领域、优势及局限

  1.3.1超声波焊接在射频连接器中的应用领域

   超声波焊接是一种迅速高效率的联接技术性，不用助焊剂和外界加温。超音波塑料焊接以其生产制造高效率、生产制造低成本、精密度确保高、品质一致性好合维护保养方便使用等优势，广泛运用于射频连接器领域。

   超声波焊接能够 运用到必须 塑料联接的场所。针对两瑜伽体式的导体和绝缘体联接，能够 立即运用超声波焊接来取代传统式的胶黏剂粘合。针对借助倒勾相握的导体和绝缘体联接方式还可以立即改成超声波焊接，撤销原倒勾和横抽芯的模具设计，做到简单化模具设计、提升商品稳定性的目地。针对一体式的印制电路板射频连接器，改成超声波焊接构造能够 处理导体和绝缘体裂开难题，防止塑压主要参数的客观性或人为因素的转变 导致大批量生产不稳定，且能够 简单化构造。

  1.3.2超声波焊接的优势

   超声波焊接是一种便捷、十净、稳定性高的机械加工工艺，具备下列优势：

   1)焊接速度更快，高效率。绝大多数超声波焊接能够 在0.1〜0.5 s以内进行；

   2)低成本。因为高效率，人力成本低，与此同时省掉了很多工装夹具、黏合剂或是机械设备标准件等的应用，因而超声波焊接是一种十分经济发展的塑胶件安装方法；

   3)抗压强度高。超声波焊接基本上能够 做到塑胶件本身抗压强度的80%之上；

   4)有效的塑胶件设计方案能够 促使超声波焊接做到防潮实际效果；

   5)表层质量好，点焊美观大方，能够 完成无缝拼接焊接；

   6)工艺流程简约，实际操作简易，能够 完成自动化技术焊接；

   7)质量平稳，产品品质平稳靠谱，适合批量生产；

   8)超声波焊接全过程清理、平稳、靠谱，并且卡路里消耗低。

  1.3.3超声波焊接的局限

   尽管超声波焊接有诸多的优势，但超声波焊接也是有一定的局限，在挑选超声波焊接加工工艺以前及开展超声波焊接塑胶件零件设计方案时，务必清晰掌握超声波焊接的局限，并根据有效的零件设计方案来防止超声波焊接缺点的造成及提升焊接的品质。

   1)原材料的约束性。超声波焊接并不能够焊接全部的塑料，这也是超声波焊接较大的局限。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，并且超声波焊接一般仅合适于一种或是类似塑料中间的焊接。假如2个塑胶件原材料不一样，大部分情况下超声波焊接束手无策。因而，一旦选中超声波焊接加工工艺，就不可以随便变更零件原材料。

   2)不脱卸式性。超声波焊接不是脱卸式性联接，没法开展返修。一旦2个零件历经超声波焊接装配成一体，以后假如发觉商品存有产品质量问题，零件没法开展返修。

   3)零件尺寸和样子的限定。大中小型的塑胶件合适超声波焊接，规格一般低于250mmx300 mm，很大的零件很有可能必须 好几个焊接工艺流程，焊接实际效果很有可能不理想化。超声波焊接一般适用样子较为单一的塑胶件，针对样子繁杂的塑胶件，焊接品质很有可能较低。

   4)零件构造抗压强度的限定。超音波的动能非常大，在焊接全过程中有可能导致塑胶件自身由于抗压强度不足而产生毁坏，与此同时也很有可能导致商品內部别的零部件的毁坏。因而，在开展设计产品时，应尽量提升塑胶件的抗压强度和商品內部别的零部件的抗压强度，或是将零部件避开焊接地区，尽可能把抗压强度不太高的别的零部件分配在超声波焊接工艺流程以后再开展安装。

   5)对超声波焊接实际操作工作人员规定高。现阶段超声波焊接品质对超声波焊接机的调机技术性，及其对作业者的仔细水平都是有非常大的依赖感。许多 商品在第一次时间短超声波焊接的时候会发生焊接不足坚固或是焊接表层过多熔融等产品质量问题，此通常令人误认为超声波焊接的品质就只有做到这一步，但实际上 绝大部分的产品质量问题能够 根据焊接主要参数调节而获得处理，但是这必须 依靠调机技术性及其作业者的仔细水平。最有效的方式 是请超声设备经销商技术专业工作人员给予协助。

   6)超音波针对人的英语听力有损害，应准备好劳动保护用品。

  2.射频连接器超声波焊接总体设计关键点

   现阶段危害超声波焊接构造焊接品质的要素关键有焊接外壳的原材料、导熔线的设计方案、超声波焊接壳体结构设计方案及超声波焊接机器设备等要素危害，下边各自对以上要素开展进行剖析。

  2.1塑料原材料的挑选

  2.1.1塑料特点

  塑料分成热固性塑料塑料和热固性塑料。

   热固性塑料塑料可塑但不可逆。第一次加温时可熔融流动性，加温到一定溫度，造成化学变化，化学交联干固发硬而产生固态；但这类转变 时不可逆的，当再次遇热充压时，热固性塑料塑料不可以再度熔融。因而，超声波焊接不可以焊接热固性塑料塑料。热固性塑料可塑又可逆性，当第一加温产生固态后，其内部构造仅历经形状的转变 ，是可逆性的；再次加温和充压时，可以再次熔融并再度产生固态。超声波焊接可以焊接绝大多数的热固性塑料。热固性塑料又分成不定形塑料和半结晶体塑料。因为二者的分子式和排列不一样，二者的超声波焊接性能又有一定的区别。不定形塑料的分子式呈随机分布，没有一个确立的溶点Tm，其在一个很普遍的温度范围内逐渐变软、熔融和流动性；而不是一旦加温到某一溫度就马上从固态熔融，随后又马上干固。不定形塑料的这类特点十分便于传输超音波震动工作能力，可以在很大的工作压力和震幅范畴内开展超声波焊接。半结晶体塑料的分子式在部分呈周期性遍布，有一个确立的溶点Tm。在溫度做到溶点以前，半结晶体塑料持续保持着固体；当溫度做到溶点后，全部分子结构链马上幵始健身运动，并马上干固。不定形塑料和半结晶体塑料的熔融全过程差别如图4所显示。

图4不定形塑料和半结晶体塑料的熔融全过程

   半结晶体塑料呈周期性遍布的分子式类似扭簧，很容易消化吸收髙频的超音波震动动能，促使动能难以从超声波模具传送到焊接页面，务必有充足大的超音波动能才可以使半结晶体塑料熔融。因而，相对性于不定形塑料，半结晶体塑料较为难焊接。为了更好地使半结晶体塑料得到较高的焊接品质，通常必须 考虑到大量的要素，比如较髙的震幅、适合的焊接页面设计、超声波模具的触碰、焊接的间距及其焊接工装夹具等。

   在挑选超声波焊接外壳原材料时，能甄选不定形塑料就甄选，如ABS、PPO等；不一样种材料中间有的能更强的焊接，有的基本上能相熔，有的不相熔，焊接时要甄选相同原材料开展超声波焊接。相同原材料中间溶点是同样的，从基本原理讲是能够 焊接的，可是若想焊接的产品工件的溶点超过350℃时，就没有可用超声波溶接，由于超声波是一瞬间使产品工件分子结构熔融，分辨根据是在3秒以内，不可以优良溶接，应挑选别的焊接加工工艺，如热板焊接等。普遍的不定形塑料、半结晶体塑料及焊接兼容模式如图所示5所显示：

图5塑料中间超声波焊接兼容模式

  2.1.2别的因素

   在超声波焊接时，还必须 考虑到别的一些要素，这种要素包含注入全过程的危害、吸水能力、脱膜剂、润滑液、添加剂、添加物、无卤阻燃剂、再生料、染料及塑料级别等。

   (1)塑料的吸水能力：

   塑料的吸水能力是超声波焊接性能的关键影响因素。假如塑料带有太多的水份，在超声波焊接全过程中，当溫度做到空气密度时，塑料中的水份挥发和汽化，焊接页面呈粘状，促使超声波焊接抗压强度低，与此同时难以得到密封性性能及其高品质的外型；此外，太多的水份还会继续导致焊接時间的增加，焊接成本上升，如下图所显示：

图6塑料吸水能力对焊接時间的危害

   具备吸水能力的塑胶件应当在注入进行后立刻开展超声波焊接。假如不可以立刻开展焊接，应当以配有防潮剂的PE袋开展密封性包裝；沒有密封性包裝的吸湿塑胶件，在焊接以前应当开展烘干处理。

  (2)脱膜剂：

   脱膜剂常常立即撒到模貝凹模内，根据降低塑胶件与凹模滑动摩擦力的方法，协助塑胶件从凹模中滑脱。悲剧的是，在超声波焊接时，脱膜剂也会减少焊接页面上两塑胶件的表层滑动摩擦力，而超声波焊接加工工艺恰好是借助表层磨擦造成热的，脱膜剂会减少超声波焊接性能。此外，脱膜剂中的化合物也会危害理想化焊接抗压强度的得到。因而，针对必须 开展超声波焊接的塑胶件，务必在注入全过程中防止应用脱膜剂。假如迫不得已应用脱膜剂，则在焊接前务必清理塑胶件，但是仅有一些脱膜剂可以清理整洁。强烈推荐应用偏干脱膜剂，其对超声波焊接性能危害最少，乃至无须在焊接开展前清理。尽量减少应用硅、氟、硬脂酸锌和聚醚铝等种类的脱膜剂。

  (3)润滑液：

   润滑液比如蜡、硬脂酸锌、聚醚铝、聚醚和油酸等被添加到塑料中用以提升流通性和提升注入性能。可是，在超声波焊接时，润滑液会减少焊接页面的摩擦阻力，进而危害塑料的超声波焊接性能。(4)填充料：

   为了更好地提升塑料的结构力学性能，塑料中会添加填充料，常见的填充料有玻纤、碳纤维材料、轻钙粉及其碳酸氢钙等。玻纤加上到塑料中用以提升塑料的冲击韧性和规格可靠性。一般的矿物填充料，如玻纤和轻钙粉，会提升塑料传输震动的工作能力，提髙塑料的超声波焊接性能，特別是针对半结晶体塑料。一般来说，10%〜20%的玻纤会明显提升塑料的超声波焊接性能。可是，占比过交流会产生别的难题。比如，填充料的占比若是为30%，但在部分的焊接页面，真正的占比很有可能早已超出30%，促使在焊接页面沒有充足的塑料熔融而获得理想的焊接品质。当填充料占比超出40%时，很有可能在焊接页面不能焊接的原材料比可焊接的原材料还多，这就代表着超声波焊接性能会越来越很差。

  (5)再生料：

   因为塑料的可冋收性和为了更好地减少零件原材料成本费，在塑料中经常会添加再生料。超声波焊接容许在塑料中添加再生料，由于再生料自身是同一种塑料，可是，再生料的占比不可以过大，并且再生料不可以是早已溶解的或是被环境污染的，不然会发生焊接产品质量问题。为了更好地确保焊接的品质，射频连接器超声波焊接不允许应用再生料。

  (6)黑色素：

   黑色素对塑料的超声波焊接性能危害较小，除非是黑色素的占比过高。对比别的色调，乳白色和灰黑色一般 必须 加上大量的黑色素，有可能产生一些焊接难题。同一种塑料的不一样色调很有可能必须 不一样的焊接主要参数，能够 根据调机来得到。

  (7)塑料级别：

   塑料级别对塑料的超声波焊接性能具备非常大的危害。同一种塑料的不一样级别很有可能会出现不一样的溶点和不一样的流动性特点。

  2.2导熔线的设计方案

   超声波焊接时，2个塑胶件的原始触碰总面积务必充足小，以集中化动能，与此同时降低塑料熔融和焊接需要的整体动能。导熔线顶部越尖越好，基本上功效是将震动动能集聚在三角形的顶尖，之后积累的发热量在全部焊接页面产生匀称的塑料熔流。导熔线的优势包含：1)提升焊接的抗压强度，降低空焊。导熔线有利于2个塑胶件的焊接，可提升焊接的抗压强度。应用导熔线的超声波焊接假如产生空焊，则2个塑胶件中间会发生断差，非常容易发觉空焊的缺点、进而防止空焊的造成；而沒有导熔线的超声波焊接假如发生了空焊，则难以根据外型开展鉴别。2)降低溢料，提升外型。导熔线促使超声波模具与塑胶件的触碰時间减少，因而较少漏胶。此外，因为焊接地区缩小，防止了原材料沉积进而降低漏胶。根据有效的导熔线及焊接总体设计，超声波焊接能够 具备高质量的外型。3)减少焊接時间。导熔线可降低塑料熔融和焊接需要的整体动能，进而减少焊接時间，图7所显示为无导熔线与有导熔线的焊接時间比照，应用导熔线的焊接塑料更早熔融和熔生成一体。与此同时，焊接時间的减少有利于防止塑胶件长期焊接而造成的过焊难题。4)降低震幅。导熔线促使超声波焊接在达到焊接品质的前提条件下，必须 较小的焊接动能，进而能够 减少焊接震幅。

图7无导熔线与有导熔线的焊接時间比照

  2.2.1导熔线的基本上设计方案

   恰当的导熔线设计方案是提升超声波焊接抗压强度和品质，减少生产周期的重要。导熔线务必具有的标准是最开始的触碰总面积不能很大。相对性于不定形塑料，半结晶体塑料规定导熔线的视角更尖，这是由于半结晶体塑料自身并不太有利于超声波焊接动能的传输。一般来说，不定形塑料的导熔线顶部视角为90°，半结晶体塑料的导熔线顶端角度为60°，如图8所示。

图8无定形塑料和半结晶塑料的导熔线设计

   此外导熔线顶端角度常用的还有45°和120°，一般来说导熔线顶端角度在30°-120°之间为宜。导熔线可设计在任意一个焊接零件上，推荐把导熔线设计在与焊头接触的塑胶件上。错误的导熔线设计不利于两个塑胶件之间的超声波焊接，如图9所示。

图9错误导熔线示例

  2.2.2十字交叉型导熔线

   十字交叉型导熔线是指在两个焊接塑胶件上均设置互相垂直交叉的导熔线，以在焊接时提供最小的初始接触面积，同时使得两个零件上的更多的塑料能够熔合为一体,如图10所示。十字交叉型焊接能够提高超声波焊接强度，缩短焊接时间和减小焊接功率，但容易产生断差和溢胶。两个塑胶件上的导熔线尺寸均应当为常规尺寸的60%，导熔线顶端角度为60°。当产品有水密和气密的要求时，可将与焊头接触的导熔线连续排列，呈锯齿形状，导熔线之间没有间隙，如图11所示.

图10十字交叉型导熔线图11十字交叉锯齿型导熔线

   这种设计的缺点是超声波焊接为熔合更多塑料，很有可能造成溢料，影响产品表面外观质量，因此这种设计适用于沟槽型或阶梯型超声波焊接结构中以隐藏溢料。连接器导熔线设计不建议采用此种导熔线设计，溢料不可控。

  2.2.3导熔线垂直于壁

   导熔线垂直于壁，可以用于提高焊接的抗剥离力以及减少溢胶。这种设计适用于非密封要求的产品中。如图12所示：

图12导熔线垂直于壁

  2.2.4间断的导熔线

   导熔线是不连续、间断的，可用于减小焊接能量的设计，这种设计会降低焊接强度，适用于非密封要求的产品中。具体如图13所示：

图13间断的导熔线

  2.2.5凿子型导熔线

   当塑胶件尺寸小于1mm时，常规的导熔线可能会较小，造成焊接强度不够，可使用凿子型导熔线，如图14所示。凿子型导熔线的高度为0.38-0.50mm，角度为45°；凿子型导熔线位于台阶的内侧，可确保焊接时不会脱离狭小的焊接界面，另外还可以使得塑料熔料远离产品开口区域，但此焊线结构易导致向产品内侧溢料。

图14凿子型导熔线

  2.2.6沟槽型导熔线

   沟槽型焊接采用间距式移位焊接，设计时凹凸面保持一定的间隙和斜度，适用于要求完全密封的焊件。同时，沟槽式焊接界面提供自定位功能。适当的增加两个塑胶件非焊接界面的间隙可以防止溢胶的产生，如图15所示

图15沟槽型焊接结构

  2.3超声波焊接设备的选择

   影响超声波焊接质量除了上述材料、导熔线结构等设计因素外，超声波焊接设备也严重影响焊接质量。超声波焊接设备根据不同的分类标注有不同种类，按频率分有15K、20K、30K等超声波焊接机；按功率分有1500W、4000W等超声波焊接机。不同种类超声波焊接机并没有品质的好坏之分，只是适用的产品场合不一样。对于连接器超声波焊接而言，以超声波焊接设备频率来简单介绍下各自的优劣点。

   超声波焊接机以频率分类时，常见的频率有15KHZ、20HKZ和30KHZ超声波焊接机，超声波频率越高，焊接精度越好，但相对功率越小，振幅也越小。对连接器超声波焊接来说，上述3种规格的超声波焊接机基本可以满足所有的焊接。

   超声波频率低就会产生噪音，当频率低于20KHZ时，超声波焊接时噪音变得很大。对焊接精度要求越高、塑料件相对小的塑料产品，频率越高越好。20KHZ及更高频率的超声波焊接机适合精密型、超薄型、非常脆弱的塑胶部件；15KHZ超声波焊接机功率更容易做大，振幅也比较大，适合于较大型的，难焊接的，比较粗犷的塑胶产品。一般而言，不同频率的焊接机，其换能器及焊头尺寸是不一致的，焊接频率越大，其换能器及焊头尺寸越小。

   选择设备时要注意，连接器塑料壳体尺寸基本都很小，内部焊接要求很精密，建议优先选择20KHZ以上的高频率的超声波焊接机，行程精度最好能控制在±0.02mm以内，其他焊接参数可以精密微调的超声波焊接机。

   同一设备，不同的焊接参数，导致不同的焊接质量，设备的焊接参数设置，对于产品焊接质量的影响是非常重要的。超声波设备中，影响焊接质量的工艺参数主要是振幅、焊接时间、焊接压力等。

   振幅的影响：振幅是塑料在超声波焊接时首要选择的工艺参数，材料在特定的超声波焊接下都有适宜的振幅范围。

   焊接时间的影响：良好的焊接质量，必须选择适当的焊接时间，过长或者过短的焊接时间都会造成焊接接头强度的下降；焊接时间不受材料的厚度影响，薄膜的超声波焊接同样存在较优的焊接时间。

   焊接压力的影响：其他因素确定的情况下，一定范围内的压力能取得较优的焊接时间。焊接压力对焊接熔融区的厚度和取向程度有较大的影响，焊接压力增加，熔融层厚度减小，焊接接头的取向程度增加，宏观表现为焊接压力增加，接头沿取向方向的剪切程度增加，垂直于取向方向的弯曲强度降低。

   焊头下降速度的影响：一定条件下，焊头下降速度越快，达到的焊接接头强度越高。在超声波焊接过程中，高的下降速度能够得到高的接触压力，有利于焊接界面紧密的接触和分析充分的扩散。

   保压时间和保压压力的影响：超声波停止后，为了使焊接试样相互紧贴固化，从而使两工件能够很好的焊接在一起，需要在一定的时间内保持一定的压力，所需时间和压力就是保压时间和保压压力。保压时间和保压压力对焊接接头强度的影响是正面的，但相对于其他工艺参数，保压时间和保压压力对焊接接头强度的影响很小。

   上述焊接设备的工艺参数并没有具体的参考范围，不同材料不同结构对应不同的工艺参数，需要根据不同产品来调整焊接工艺参数，然后固化。