塑料超声波焊接技术的发展现状

塑料超声波焊接技术早在1956年由美国人琼斯等人提出，60年代美国、瑞士、日本以及英国等国便开始研究这种焊接技术并开始投入实际应用。利用超声波能量焊接热塑性塑料在国外已经有四十多年的历史。因为塑料的焊接需要有较大的功率，外加塑料大量应用于实际工程和日常生活也是近二十年的事情，所以只要近十几年来，随着基础电子工业的发展以及大功率换能器的研制成功，超声波塑料焊接才逐渐发展起来。

1989年，美国俄亥俄州大学焊接工程系的AVRAHAM BENATAR等人建立了一个由五部分组成的高性能热塑性复合材料（APC2）超声波焊接模型。这五部分包括：材料的结构和振动、粘弹性加热、热传递、流动与润湿、分子间的扩散。并在此基础上得出了界面力学阻抗快速升高时，是形成好接头的时刻的结论。

1997年Papik和Michael把焊接热塑性复合材料的片状焊接结构应用于热固性复合材料的超声波焊接，并对结果进行了初步的探讨。

随着塑料工业迅猛发展，塑料按揭技术水平的日益提高和超声波塑料焊接机的不断改进，超声波焊接塑料的应用范围越来越广泛。应用、推广超声波塑料焊接技术卓见成效的单位有美国Branson公司、美国声能器材公司、日本海上电机株式会社、松下电器、德国KLN公司等等，其中尤为突出的要数美国的Branson公司。他们1961年起运用开发制造成的塑料焊接机及已积累的应用经验在电子、汽车、电器、玩具、家庭用品、包装、纺织及一般塑胶行业实现了多种热塑性塑料的超声波焊接。

随着塑料工业的发展，超声波塑料焊接机近10年来在我国发展迅速，我国已有几十家研制超声波塑料焊接机的单位，大部分集中在江浙沪一带，部分单位是独资或合资企业，目前部分单位已研制出新一代微机控制的超声波塑料焊接机，各种焊接参数能自动设定，大大的提高了焊接质量。随着功率合成技术发展，目前5kw-10kw的大功率超声波塑料焊接机也已研制成功，并被应用于大尺寸塑料件的焊接中。

超声波焊是常用的聚合物基复合材料焊接方法之一。其特点是焊接时间短（时间为几分之一秒到几秒），效率高，接头强度高，接头清洁，通常无飞溅。此外，超声波焊比较容易自动化，尤其适用于批量生产。这种方法在热塑性树脂基复合材料连接工艺中占有重要地位。目前超声波焊接的种类大约分为点焊、铆焊、环焊、缝焊以及线焊。也可按照焊接接触面到接头的距离分为远程焊和进程焊。在实际生产应用中要根据需要合理选择正确的焊接方式，才能确保产品有佳的质量、外观以及熔接强度。

非标准型超声波焊接机适用焊接大型及复杂工件，由于大型及复杂工件包含不同方向的熔接面，需同时焊接多个位置，标准机型已经不能满足要求，需要专门焊接机来实现生产，如汽车仪表板、门板、保险杠等。但是非标准型超声波焊接设备一次性投入大，一台设备只能生产一种大型复杂零件，适合批量生产。

随着机电一体化技术的日益发展，出现了以计算机为核心，以PLC、工控机、单片机、现场总线等组成控制系统，利用先进的驱动急速（变频调速、交流伺服、步进电机等）、检测传感技术和执行机构制成的先进的自动化控制设备。能够实现焊接生产过程中各种工艺参数的在线检测、显示、自动控制和自动调节以及设备运行的自动监测、显示、超限报警、自停甚至故障自动排除等，保证和提高了产品质量，提高了生产效率。

超声波焊接技术目前在国内还是一个较新的技术，相关的开发研究还处在初始阶段，所开发出的产品也多为单一的、小型的焊接设备，功能有限。只有大力进行超声波焊接技术研究，充分利用机电一体化技术，开发出多功能的超声波塑料焊接设备，才能进一步提高劳动生产率，减轻劳动强度，缩小与国外的技术差距，满足国内汽车业日益发展的要求。

随着汽车工业的飞速发展，为了满足日益变化的市场和个性化需求，降低成本，提高生产效率，汽车制造企业就必须引进加工中心、工业机器人、快速成型设备、自动焊接设备。目前，国内的超声波研究水平与国外相比还有很大的差距，因此有必要开发研究塑料焊接方法，推动超声波焊接技术在国内汽车制造业中进一步发展。