超聲波焊接作為一種高效、環保的接合技術，已在制造業中占據重要地位。其通過高頻振動產生的分子間摩擦熱實現材料融合，無需膠黏劑或外部熱源，尤其適用于對工藝潔凈度、效率和精度要求高的領域。本文將系統解析超聲波焊接技術適用的材料范疇，深入探討超聲波焊接技術考量因素、行業應用及不適用的材料類型。
一、金屬材料焊接
超聲波金屬焊接技術可處理鋁、銅、銀、鎳、鈦等20余種金屬材料。其中：
??鋁及鋁合金??：廣泛應用于動力電池極耳焊接（厚度≤0.5mm）、3C產品散熱片連接；
??銅材??：適用于高頻連接器、光伏匯流帶等導電部件；
??不銹鋼??：在醫療器械（如心臟支架）、食品包裝封口領域大顯身手；
典型應用
（1）薄板精密焊接
適用金屬：鋁箔（厚度0.02-0.2mm）、銅帶、鎳合金；
工藝參數：頻率20-60kHz，壓力200-800N，焊接時間＜100ms；
典型場景：鋰電池集流體焊接（銅-鋁異種材料）、傳感器引線封裝；
（2）線束端子壓接
技術優勢：相比傳統釬焊，電阻降低15%-20%，結合強度提升30%；
行業標準：USCAR-21對汽車線束焊接的可靠性驗證要求；
二、非金屬材料焊接
1、熱塑性塑料
超聲波焊接的核心優勢在于對熱塑性材料的卓越適應性，根據材料分子結構差異可分為以下類別：
（1）非結晶性聚合物
典型材料：ABS、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PMMA（亞克力）；
技術特性：分子鏈排列無序，受熱后快速軟化熔融，焊接周期短（0.1-0.5秒）；
應用案例：汽車儀表盤組件、消費電子外殼、醫療器械連接件；
（2）半結晶性聚合物
典型材料：PA（尼龍）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、POM（聚甲醛）；
焊接要點：需更高振幅（30-60μm）和能量密度，精密控制熔融溫度接近晶體熔點；
行業應用：濾清器殼體（汽車）、食品包裝封口（PP薄膜）、工業管道連接件；
2、特殊材料突破
??碳纖維復合材料??：通過局部振動實現層間結合（空客A350機身部件）；
??生物降解塑料??：PLA/PBAT復合材料醫療器械制造；
??陶瓷材料??：氧化鋯牙科修復體精密連接；
三、復合材料焊接
1、金屬-塑料復合
手機卡托（不銹鋼+ABS）；
汽車傳感器外殼（鋁合金+PC）；
2、塑料-陶瓷復合
電子封裝基板（Al?O?陶瓷+環氧樹脂）；
生物活性骨修復材料（羥基磷灰石+聚合物）；
3、多層材料堆疊
電池模組（銅箔+鋁塑膜+鎳片）；
建筑隔音材料（PVC+吸音棉）；
四、新型材料焊接
1、納米材料焊接
碳納米管增強鋁基復合材料；
石墨烯改性聚合物電池組件；
2、智能材料應用
形狀記憶合金（Ni-Ti合金）醫療器件；
壓電陶瓷傳感器連接；
五、材料選擇的技術考量因素
1、材料特性評估指標
熔融指數（MFI）：＞10g/10min的材料焊接效率更優；
導熱系數：＜0.3W/(m·K)可減少能量損耗；
玻璃化轉變溫度（Tg）：需低于熱降解溫度50℃以上；
2、界面設計規范
能量導向結構：三角形導能筋高度建議為材料厚度的25%-30%；
搭接面積：最小接觸寬度需＞1.5mm以確保有效熔融；
六、不適用超聲波焊接的材料類型
熱固性塑料：環氧樹脂、酚醛樹脂等交聯結構材料無法二次熔融；
高熔點金屬：鎢、鉬等熔點＞1000℃的金屬需配合輔助熱源；
脆性材料：未增韌的陶瓷、玻璃易產生裂紋缺陷；
超聲波焊接技術的材料適應性正隨著材料科學進步持續擴展。制造商需根據材料的流變特性、熱力學參數和產品功能需求，優化振幅、壓力、觸發時間等工藝窗口（建議公差控制±5%）。
