一、焊接时需要考虑什么？
1、焊缝的大小，有没有强度要求？
比如在卫浴行业上应用经常要求，焊接需要耐多少公斤水压，这时候需要将水压转化为所受的力值。其次是是否有拉拔力的要求，要承受几公斤的拉拔力。
2、需要水密封或者气密封
这个很好理解，要求焊接缝不可漏水或者漏气，漏水可以通过试水设备来测试并观察是否从焊缝漏水，而漏气则可通过气密性测试仪测试。
3、外观是否有要求
首先，是否可允许溢胶，如果焊缝属于外观面，则通常不允许溢胶，如果焊接属于内部结构件焊接则可允许溢胶，但通常以客户要求为准。
其次，焊接头及模具是否会压伤产品表面，造成不可逆的压伤刮伤。
通常需要在塑料表面与焊接头间增加保护膜，避免塑料件的压痕。
4、焊接模具制作是否可行
产品结构是否会影响焊接头及模具的设计与制作。
二、如何确保焊接质量？
1、材质
常用塑料之间的超声兼容性
2、塑料件的结构
塑料件必须有一定的刚性和足够的壁厚来确保焊接不变形「超声波焊接压力一般在 2-6kgf/cm2 」。
3、焊接线的位置及大小设计
主要注意熔接线与焊接头的相对位置、其次要注意焊接导熔线的设计原则，具体见第三点：导熔线的设计。
4、焊接面的大小
焊接面的面积必须小于焊接头与产品的接触面积。
5、焊接距离
一般超声波焊接分为近距离焊接和远距离焊接。
近距离焊接指熔接线与焊接头的距离 ≤6mm。
而焊接距离大于 6mm 称为远距离焊接。
一般来说，超声波在塑料件传递时会产生不同程度的衰减。
这种衰减对半结晶塑料尤为明显。
通常来讲，无定形塑料会比较适合于远距离焊接，而半结晶塑料则更适合近距离焊接，设计时要特别注意。
当然，一部分半结晶塑料也可以通过设计合适的熔接线及合理的结构进行远距离焊接。
6、焊接头与塑料件的接触面
焊接头的形状与长短都会影响到焊接头的振幅与频率，因此在设计超声波焊接头的时候要按照工作频率确定基准频率面，而且基准频率面通常要占到焊接头面积的 70% 以上。
通常要求焊接头与塑料件的接触面的面积大于焊接面的面积，而且要求焊接面的垂直投影区域落在焊接头与塑料件的接触面积内，并要求对称居中排布。
如果焊接头与塑料件的接触面积过小，则容易导致塑料件的损伤和焊接效果不理想。
三、导熔线设计
3.1 设计原则：
1、最初接触的两个面必须小，便于集中能量缩短时间来熔接
2、找到合适的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或齿口
3、焊接面必须统一且紧密接触，尽量在同一明面上使能量转化一致
3.2 作用：
1 缩短焊接时间 2 增加焊接强度 3 减少溢料 4 减小振幅
3.3 一些常用的超声波焊接导熔线设计
3.3.1 基本型
主要是在需要焊接的工件平面上设计一条连贯的导熔线，如下图所示：
对于无定形塑料熔接线角度建议 90°
而半结晶塑料熔接线角度建议 60°
3.3.2 阶梯型
优点 - 可以有效避免溢胶，但对要求塑料件有一定的壁厚，比如 ≥2mm。
3.3.3 沟槽型
焊接时能提供自定位，增加非焊接面的距离可以有效避免溢胶。
一般要求壁 厚≥3mm。
具体参考尺寸如下图所示：
3.3.4 剪切型
由于半结晶塑料从固体转化为融化状态温度变化区间很短，转化时间很快，在融化塑料与对应零件的塑料融合在一起之前，有可能部分的塑料已经固化了，直接导致基本型和阶梯型等在半结晶塑料的焊接中难以保证足够的焊接强度。
剪切型焊接的强度取决于融合区域的焊接深度，通常要求焊接深度为壁厚的 1.25 倍。
对于半结晶塑料，建议使用剪切型熔接线。
其结构示意如下图所示：
其干涩量如下表所示：
| 零件最大尺寸 | 干涉量 | 零件公差 |
|---|---|---|
| ＜ 18 mm | 0.2 - 0.3 mm | ± 0.025 mm |
| 18 - 35 mm | 0.3 - 0.4 mm | ± 0.050 mm |
| ＞35 mm | 0.4 - 0.5 mm | ± 0.075 mm |
3.3.5 特殊用途
在焊接零件之前增加 O 型圈，使超声波焊接只用于固定，水密性及气密性由密封圈保证。
需要注意的是，由于焊接时需要保证能量集中到熔接线上。
我们在设计的时候应当避免零件优先接触到密封，如果先接触到密封圈容易导致焊接不牢固。
如下图所示，焊接时上盖会优先碰到橡胶圈后再碰到熔接线，应避免此类设计。
3.4 一些需要避免的设计
3.4.1 避免无定位
无定位这个不难理解，就是两个需要焊接的塑料件导熔线开始接触的时候，两个零件需要有额外的特征确保两个塑料件有一个准确的定位。可以通过一些唇边、孔与凸台的方式。
当然也可以通过超声波模具定位，单这种方式对模具会有一定要求。
3.4.2 避免尖角
有尖角的塑料零件在注塑过程中容易产生应力集中，在超声波的作用下，很容易发生折断或者破裂，在设计时建议增加不小于 R0.5 的圆角。
3.4.3 避免薄壁
原理同 3.4.2 塑料件的一些薄弱的特征会在高频的震动中产生断裂或破损，通常需要增加 R 角和增加壁厚来解决此类问题。
如下图粉红色部位，焊接后容易产生断裂。
3.4.4 避免熔接线区域与焊接头间悬空，不利于能量传导
焊接头与焊接零件接触区域投影应能覆盖到熔接线的全部区域，要避免熔接线区域与焊接头的垂直投影间有缝隙。
不良如下图所示：
3.4.5 避免熔接线不在同一个水平面上
尽量避免熔接线分布到台阶平面上「如下图所示」，理论上也可以焊接，但是也容易出现上下焊接不均匀的情况。
这是由于超声波传导距离越长能量损失越大，特别对于半结晶塑料，尽量避免此类问题。
3.4.6 避免超声波传导零件有孔特征或者缺口
与焊接头接触的塑料件主要用于超声波的传导，如果这个塑料件有一些缺口或者是侧边孔洞，超声波在传导的过程中就会产生衰减。
特别对于半结晶材料，非常容易导致对应的位置出现焊接不到位的情况，尽量避免这种结构，或者必要时将这种孔设计到焊接的另一个零件上。
3.4.7 避免悬臂梁结构
同前面所说的一样，超声波在零件上传导属于直线传导，碰到空气等会产生能量损失，对于悬臂结构，焊接头垂直投影很难完全覆盖到熔接区域，导致超声波能量传导异常，最终导致焊接失败。
因此，我们设计时需要避免此类悬臂结构，特别是半结晶材料。
