超声波焊接作为一种高效、环保的接合技术，已在制造业中占据重要地位。其通过高频振动产生的分子间摩擦热实现材料融合，无需胶黏剂或外部热源，尤其适用于对工艺洁净度、效率和精度要求高的领域。本文将系统解析超声波焊接技术适用的材料范畴，深入探讨超声波焊接技术考量因素、行业应用及不适用的材料类型。
一、金属材料焊接
超声波金属焊接技术可处理铝、铜、银、镍、钛等20余种金属材料。其中：
铝及铝合金：广泛应用于动力电池极耳焊接（厚度≤0.5mm）、3C产品散热片连接；
铜材：适用于高频连接器、光伏汇流带等导电部件；
不锈钢：在医疗器械（如心脏支架）、食品包装封口领域大显身手；
典型应用
（1）薄板精密焊接
适用金属：铝箔（厚度0.02-0.2mm）、铜带、镍合金；
工艺参数：频率20-60kHz，压力200-800N，焊接时间＜100ms；
典型场景：锂电池集流体焊接（铜-铝异种材料）、传感器引线封装；
（2）线束端子压接
技术优势：相比传统钎焊，电阻降低15%-20%，结合强度提升30%；
行业标准：USCAR-21对汽车线束焊接的可靠性验证要求；
二、非金属材料焊接
1、热塑性塑料
超声波焊接的核心优势在于对热塑性材料的卓越适应性，根据材料分子结构差异可分为以下类别：
（1）非结晶性聚合物
典型材料：ABS、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）、PMMA（亚克力）；
技术特性：分子链排列无序，受热后快速软化熔融，焊接周期短（0.1-0.5秒）；
应用案例：汽车仪表盘组件、消费电子外壳、医疗器械连接件；
（2）半结晶性聚合物
典型材料：PA（尼龙）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、POM（聚甲醛）；
焊接要点：需更高振幅（30-60μm）和能量密度，精密控制熔融温度接近晶体熔点；
行业应用：滤清器壳体（汽车）、食品包装封口（PP薄膜）、工业管道连接件；
2、特殊材料突破
碳纤维复合材料：通过局部振动实现层间结合（空客A350机身部件）；
生物降解塑料：PLA/PBAT复合材料医疗器械制造；
陶瓷材料：氧化锆牙科修复体精密连接；
三、复合材料焊接
1、金属-塑料复合
手机卡托（不锈钢+ABS）；
汽车传感器外壳（铝合金+PC）；
2、塑料-陶瓷复合
电子封装基板（Al₂O₃陶瓷+环氧树脂）；
生物活性骨修复材料（羟基磷灰石+聚合物）；
3、多层材料堆叠
电池模组（铜箔+铝塑膜+镍片）；
建筑隔音材料（PVC+吸音棉）；
四、新型材料焊接
1、纳米材料焊接
碳纳米管增强铝基复合材料；
石墨烯改性聚合物电池组件；
2、智能材料应用
形状记忆合金（Ni-Ti合金）医疗器件；
压电陶瓷传感器连接；
五、材料选择的技术考量因素
1、材料特性评估指标
熔融指数（MFI）：＞10g/10min的材料焊接效率更优；
导热系数：＜0.3W/(m·K)可减少能量损耗；
玻璃化转变温度（Tg）：需低于热降解温度50℃以上；
2、界面设计规范
能量导向结构：三角形导能筋高度建议为材料厚度的25%-30%；
搭接面积：最小接触宽度需＞1.5mm以确保有效熔融；
六、不适用超声波焊接的材料类型
热固性塑料：环氧树脂、酚醛树脂等交联结构材料无法二次熔融；
高熔点金属：钨、钼等熔点＞1000℃的金属需配合辅助热源；
脆性材料：未增韧的陶瓷、玻璃易产生裂纹缺陷；
超声波焊接技术的材料适应性正随着材料科学进步持续扩展。制造商需根据材料的流变特性、热力学参数和产品功能需求，优化振幅、压力、触发时间等工艺窗口（建议公差控制±5%）。
