超声波焊接头、模具应该选择什么材料好？

超声波焊接技术现已广泛应用于塑料、金属、无纺布、电子元器件及医疗器械等多个现代工业领域。超声波焊接头（亦称“焊头”或“超声波模具”）作为超声波焊接机的核心部件，直接承担着将换能器产生的高频机械振动能量传递至工件，从而实现材料间固相连接的关键作用。

模具的材质选择不仅直接影响焊接质量、效率与一致性，更与设备寿命及运行稳定性密切相关。

以下为具体介绍：

一、材质及其特性对比

目前，超声波焊接头的常用材料主要分为钛合金、铝合金、合金钢三大类，此外还有少量适用于特殊工况的高硬度材料。

1. 钛合金：高性能之选

钛合金（如TC4、GR5等）是高端超声波焊头的理想材料，尤其适用于高频率、长时间连续作业或对焊接精度要求极高的场景。

优点：

- 声学性能优异：声阻抗低，能量传递效率高，振动损耗小；

- 比强度高：在保证结构强度的同时可实现轻量化设计；

- 耐腐蚀性强：适用于潮湿、高温或化学环境；

- 热传导适中，不易因过热导致材料老化。

应用场景：

- 医疗器械封装（如输液袋、导管）；

- 动力电池极片焊接；

- 高端电子元件的精密连接。

2. 铝合金：经济实用

铝合金（特别是7075铝合金）因综合性能优越，已成为当前市场上应用最广泛的焊头材料之一。

优点：

- 质量轻，有助于减轻振动系统负载；

- 导热性强，利于快速均匀传热；

- 机械强度高、韧性佳，经热处理后硬度可达HRC40以上；

- 加工性能好，易于制成复杂型面；

- 成本相对合理，适合批量使用。

局限性：

- 耐磨性较差，长期使用易磨损；

- 不适用于高应力或含玻璃纤维等硬质填充物的材料焊接。

提升策略：

可通过表面处理（如硬质阳极氧化、DLC类金刚石涂层）显著提高其耐磨性与使用寿命。

3. 合金钢：高耐磨重型应用首选

对于需要高强度、高耐磨性的金属焊接任务，合金钢是不可替代的选择。

常用材料：

- 高速钢（如M2）、粉末冶金钢（如PM30、PM60）；

- 淬硬工具钢（硬度可达HRC54以上）。

优点：

- 硬度高、抗塑性变形能力强；

- 使用寿命长，特别适合自动化产线连续运行；

- 可承受大振幅、高压力工况。

缺点：

- 密度大，会增加振动系统的惯性；

- 声学传导效率略低于钛合金；

- 加工难度大，需配合精密热处理工艺。

典型应用：

- 超声波金属点焊机；

- 汽车线束、电机端子焊接；

- 带刺穿要求的“穿刺焊头”。

二、材质选择的综合考量因素

选择焊头材质不可“一刀切”，应结合以下维度进行系统决策：

1. 考量维度及建议

焊接材料类型：塑料类优先选择铝合金或钛合金；金属类倾向选用合金钢或带涂层的钛合金。

生产节拍与寿命要求：高速自动化生产线推荐使用钛合金或强化钢制焊头。

成本控制：中小批量生产可选用7075铝合金，兼顾性能与成本。

焊头结构复杂度：复杂曲面宜选用易加工的铝合金。

工作频率：高频（>30kHz）建议使用轻质高强材料（如钛合金）。

注：实际选型需结合具体产品图纸、产能需求及设备参数，由专业技术人员完成匹配设计。