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摘 要：超声波焊接工艺以其生产效率高、结合强度好的特点，被广泛地应用在汽车、医疗、电子等方面。本文对超声波焊接参数在电源连接器生产应用中常见的保持力问题进行研究，利用理论分析及正交试验验证的方法，寻找适合该产品的最佳参数，使电源连接器在超声波焊接后满足了保持力要求与外观要求。
关键词：超声波焊接;电源连接器;参数;保持力
一、引言
随着生活水平的不断提升，人民对物质生活的要求越来越高，电子消费产品日新月异，超声波焊接技术以其高效、可靠、适合批量生产的特点，被广泛地应用在各类电子产品中。电源连接器作为通信设备的重要组成部分，为通信设备提供源源不断的电力保障，随着国内外 5G 通信市场的不断拓展，其需求量也是直线上升[1] [2]。
本文通过理论分析、实验验证等手段，对电源连接器在大批量生产中遇到的问题进行了研究，主要研究内容为焊接后的基座保持力，为后续同类电源连接器产品在处理超声波焊接问题时提供了研究案例，具有一定的指导意义和参考价值。
二、理论分析
本文研究对象为两芯快插电源连接器插头产品，如图 1 所示。该连接器由上基座、下基座、接触件、快锁机构组成。上基座与下基座均为 PBT 材料，通过超声波焊接工艺连接为一个整体，焊接后的基座保持力影响到电源连接器的结构强度。
超声波焊接工艺的基本原理是热熔状态的塑料大分子在焊接压力的作用下相互扩散，分子与分子之间产生范德华作用力，从而使工件紧密的焊接在一起，基座的保持力与超声波焊接的能量有关，在一定范围内，能量越大，基座的保持力也会对应提升，且存在以下公式：
3/ 2 3/2 P kH δ
由于实际应用中，测量超声波功率有困难，因此常用振幅来表示功率的大小，超声功率与振幅的关系如下式所示[3]：
P kSFv kSF2Aw/ 4kSFAf
式中： ：摩擦系数;S：焊点面积;F：静压力;A：振幅;f：振动频率。
从上式逐个分析影响因素，
摩擦系数 ：此款产品基座材料均为 PBT;材料固定，注塑出的零件表面粗糙度基本相同，故可认为此因素是一定范围内浮动的常数;
焊点面积 S：零件注塑成型，焊点面积也可认为是一定范围内浮动的常数;
静压力 F：静压力与焊接压力有关;
振幅 A 与振动频率 f：塑料超声波焊接机常用振幅为 20μm在超声波焊接设备稳定、工件材料与结构一致的条件下，人为可调节的能够影响到保持力的主要因素有以下两点：
1.焊接气压。通过设备机台上的减压阀来调整，气压越大，能量越大;
2.焊接时间。可以通过设备上的焊接时间来调节，时间越长，能量越大;
三、正交试验验证
该电源连接器保持力的性能要求为：上下基座保持力≥100N，测试条件为：使用插拔测试机夹持上下基座，以25.4mm/min 的速度上下拉伸。验证最佳参数时，以基座保持力大于 100N 与产品外观不开裂为评价标准。
根据上述理论分析，在控制焊接时间为 0.1s 的前提下，焊接压力从 0.1Mpa 以 0.03Mpa 的间隔逐渐增加至 0.31Mpa，检查产品焊接的外观质量和焊接保持力。焊接压力达到 0.16Mpa 時，焊接压力对产品的保持力基本处于稳定状态，内部焊线基本互溶，保持力满足大于 100N 的规格。但在查看产品外观时，发现产品压力达到 0.31MPa 时，在产品侧边会出现细微裂缝，影响产品外观质量。所以得出这款产品最佳的焊接压力区间在0.16-0.28MPa。
在控制焊接压力为 0.2Mpa 的前提下，将焊接时间从 0.05s以 0.03s 为间隔逐步增加到 0.23s，检查产品焊接的外观质量与保持力。当焊接时间增大到 0.11s 时保持力基本处于稳定状态，焊接时间为 0.20s 的产品溢胶量多，拆开后发现其焊接面颜色发黑发亮，在 20 倍放大镜下观察，有明显孔洞结构，说明焊接面的温度已经达到了 PBT 分解的温度，即已经超过了 280℃，孔洞为 PBT 分解后产生的气体。
故此款产品的最佳焊接参数区间为：焊接压力 0.16-0.28Mpa，焊接时间 0.11s-0.17s。为验证改善效果，分别测试十组数据，对比焊接参数改善前后连接器基座保持力的变化，如表 1 所示。
由表 1 可以看出，改善后焊接后连接器基座保持力 100%满足大于 100N 的规格，且外观无裂痕，溢胶量较小，达到预期的效果。
四、结束语
本文针对电源连接器在声波焊接工艺中常出现的保持力不足的问题进行分析研究，利用理论分析影响保持力的关键因素，然后使用正交试验验证最佳焊接参数，根据改善前后的保持力试验数据表明：改善效果满足该电源连接器的性能要求与外观要求。
参考文献：
[1]吕美杰. 浅谈电子通讯的现状与发展趋势 [J].通讯世界，2018.6.
[2]阳青松.连接器在通信系统中的应用研究 [J].信息通信，2018.7.
[3]刘川.超声波塑料焊接机理和工艺试验研究 [D].大连理工大学，2003.
关键词：超声波焊接;电源连接器;参数;保持力
一、引言
随着生活水平的不断提升，人民对物质生活的要求越来越高，电子消费产品日新月异，超声波焊接技术以其高效、可靠、适合批量生产的特点，被广泛地应用在各类电子产品中。电源连接器作为通信设备的重要组成部分，为通信设备提供源源不断的电力保障，随着国内外 5G 通信市场的不断拓展，其需求量也是直线上升[1] [2]。
本文通过理论分析、实验验证等手段，对电源连接器在大批量生产中遇到的问题进行了研究，主要研究内容为焊接后的基座保持力，为后续同类电源连接器产品在处理超声波焊接问题时提供了研究案例，具有一定的指导意义和参考价值。
二、理论分析
本文研究对象为两芯快插电源连接器插头产品，如图 1 所示。该连接器由上基座、下基座、接触件、快锁机构组成。上基座与下基座均为 PBT 材料，通过超声波焊接工艺连接为一个整体，焊接后的基座保持力影响到电源连接器的结构强度。
超声波焊接工艺的基本原理是热熔状态的塑料大分子在焊接压力的作用下相互扩散，分子与分子之间产生范德华作用力，从而使工件紧密的焊接在一起，基座的保持力与超声波焊接的能量有关，在一定范围内，能量越大，基座的保持力也会对应提升，且存在以下公式：
3/ 2 3/2 P kH δ
由于实际应用中，测量超声波功率有困难，因此常用振幅来表示功率的大小，超声功率与振幅的关系如下式所示[3]：
P kSFv kSF2Aw/ 4kSFAf
式中： ：摩擦系数;S：焊点面积;F：静压力;A：振幅;f：振动频率。
从上式逐个分析影响因素，
摩擦系数 ：此款产品基座材料均为 PBT;材料固定，注塑出的零件表面粗糙度基本相同，故可认为此因素是一定范围内浮动的常数;
焊点面积 S：零件注塑成型，焊点面积也可认为是一定范围内浮动的常数;
静压力 F：静压力与焊接压力有关;
振幅 A 与振动频率 f：塑料超声波焊接机常用振幅为 20μm在超声波焊接设备稳定、工件材料与结构一致的条件下，人为可调节的能够影响到保持力的主要因素有以下两点：
1.焊接气压。通过设备机台上的减压阀来调整，气压越大，能量越大;
2.焊接时间。可以通过设备上的焊接时间来调节，时间越长，能量越大;
三、正交试验验证
该电源连接器保持力的性能要求为：上下基座保持力≥100N，测试条件为：使用插拔测试机夹持上下基座，以25.4mm/min 的速度上下拉伸。验证最佳参数时，以基座保持力大于 100N 与产品外观不开裂为评价标准。
根据上述理论分析，在控制焊接时间为 0.1s 的前提下，焊接压力从 0.1Mpa 以 0.03Mpa 的间隔逐渐增加至 0.31Mpa，检查产品焊接的外观质量和焊接保持力。焊接压力达到 0.16Mpa 時，焊接压力对产品的保持力基本处于稳定状态，内部焊线基本互溶，保持力满足大于 100N 的规格。但在查看产品外观时，发现产品压力达到 0.31MPa 时，在产品侧边会出现细微裂缝，影响产品外观质量。所以得出这款产品最佳的焊接压力区间在0.16-0.28MPa。
在控制焊接压力为 0.2Mpa 的前提下，将焊接时间从 0.05s以 0.03s 为间隔逐步增加到 0.23s，检查产品焊接的外观质量与保持力。当焊接时间增大到 0.11s 时保持力基本处于稳定状态，焊接时间为 0.20s 的产品溢胶量多，拆开后发现其焊接面颜色发黑发亮，在 20 倍放大镜下观察，有明显孔洞结构，说明焊接面的温度已经达到了 PBT 分解的温度，即已经超过了 280℃，孔洞为 PBT 分解后产生的气体。
故此款产品的最佳焊接参数区间为：焊接压力 0.16-0.28Mpa，焊接时间 0.11s-0.17s。为验证改善效果，分别测试十组数据，对比焊接参数改善前后连接器基座保持力的变化，如表 1 所示。
由表 1 可以看出，改善后焊接后连接器基座保持力 100%满足大于 100N 的规格，且外观无裂痕，溢胶量较小，达到预期的效果。
四、结束语
本文针对电源连接器在声波焊接工艺中常出现的保持力不足的问题进行分析研究，利用理论分析影响保持力的关键因素，然后使用正交试验验证最佳焊接参数，根据改善前后的保持力试验数据表明：改善效果满足该电源连接器的性能要求与外观要求。
参考文献：
[1]吕美杰. 浅谈电子通讯的现状与发展趋势 [J].通讯世界，2018.6.
[2]阳青松.连接器在通信系统中的应用研究 [J].信息通信，2018.7.
[3]刘川.超声波塑料焊接机理和工艺试验研究 [D].大连理工大学，2003.