在超声波焊接过程中，飞边（Flash/ Burrs）的产生主要由熔融材料溢出导致，严重影响产品外观和密封性。以下是结合材料特性、工艺参数和模具设计的系统性解决方案：

 一、飞边形成的根本原因

1. 能量过剩：焊接时间过长或振幅过高，导致材料过度熔融。

2. 压力过大：超过材料流动极限，迫使熔体溢出结合面。

3. 材料流动性过高：如未干燥的PA、PP等材料黏度下降，易流动。

4. 结构设计缺陷：缺少溢料槽或导能筋（Energy Director）尺寸不合理。

 二、关键控制措施与参数优化

 1. 工艺参数精准调控

| 参数          | 优化方向                  | 典型调整范围               | 效果案例                     |

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| 焊接时间   | 缩短10%30%              | 0.3s → 0.25s（降16%）     | 某PET外壳飞边率从12%降至3%   |

| 焊接压力   | 降低至材料屈服极限以下    | 0.5MPa → 0.35MPa（降30%） | 汽车灯罩PA+GF30飞边消失      |

| 振幅       | 降低振幅5%15%           | 60μm → 55μm（降8%）       | 医疗导管PC件飞边厚度减少70%  |

| 触发力     | 提高确保初始接触稳定      | 80N → 120N（升50%）       | 电子连接器飞边率下降40%      |

实验方法：  

采用田口法（Taguchi）进行L9正交实验，以飞边高度（Y）为响应变量，优化参数组合。

 2. 导能筋（Energy Director）结构设计

 形状优化：  

  优先选择尖峰三角形（高度0.10.3mm，底角60°），而非半圆形，集中熔融区域。

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  优化案例：

  某ABS齿轮焊接将导能筋从半圆（R0.2mm）改为三角形（H0.15mm），飞边量减少90%。

  ```

 位置调整：  

  将导能筋从焊接面中心偏移至内侧0.5mm，利用模具压合抑制溢料。

 3. 模具与溢料槽设计

 溢料槽（Flash Groove）：  

  在结合面外侧开设深度0.050.1mm、宽度0.30.5mm的环形槽，用于容纳溢料。

 分型面配合精度：  

  模具闭合间隙≤0.02mm（高于IT7级），采用CNC镜面加工（Ra≤0.8μm）。

 案例：  

  锂电池铝塑膜封装模具增加溢料槽后，飞边宽度从0.5mm降至0.05mm。

 4. 材料预处理

 干燥处理：  

  对PA、PBT等吸湿性材料，80120℃烘烤24小时，使含水率＜0.02%。

 添加剂控制：  

  减少润滑剂（如硅油）含量（从1.5%降至0.8%），提高熔体黏度。

 5. 设备与过程控制

 能量监控：  

  设定能量上限（如300J），超过阈值自动终止焊接，防止过熔。

 分段焊接：  

  采用“高振幅短时间（0.1s）+低振幅长时间（0.3s）”两段式焊接，平衡熔融与保压。

 实时调频：  

  通过自动频率追踪（AFC）补偿焊头温度漂移，保持能量稳定。

 三、行业应用案例

 案例1：汽车滤清器PP壳体焊接

 原问题：飞边长度1.2mm，导致密封失效。

 解决方案：  

  ① 导能筋改为双峰结构（高度0.2mm）  

  ② 压力从0.6MPa降至0.4MPa  

  ③ 增加溢料槽（0.08mm深×0.4mm宽）  

 结果：飞边消失，爆破压力从35kPa提升至50kPa。

 案例2：医用透析器PSU组件焊接

 原问题：飞边堵塞微孔滤膜（孔径0.1μm）。

 解决方案：  

  ① 焊接时间从0.5s缩短至0.35s  

  ② 模具间隙从0.03mm压缩至0.01mm  

  ③ 材料预干燥（120℃×4h）  

 结果：飞边高度从15μm降至2μm，良率从78%升至99%。

 四、飞边问题诊断流程

    A[发现飞边] > B{检查材料状态}

    B >|含水率高| C[烘料处理]

    B >|含助剂过量| D[调整配方]

    A > E{分析工艺参数}

    E >|时间/压力/振幅过高| F[DOE参数优化]

    A > G{评估模具设计}

    G >|无溢料槽| H[增加0.1mm深溢料槽]

    G >|导能筋不合理| I[改为尖峰三角形]

 五、进阶技术

 激光微结构焊头：  

  在焊头表面激光雕刻微沟槽（宽20μm，深10μm），定向引导熔体流动。

 超高频焊接（100kHz+）：  

  减少振幅至10μm级，降低材料剪切力，适用于薄壁精密件（如光学透镜）。

通过综合调控能量输入、材料状态和模具约束，可有效抑制飞边。建议优先通过参数优化（缩短时间+降低压力）实现80%改善，剩余问题通过模具结构调整解决。