液流电池（全钒、锌溴等）极框 / 板框，多为PP、PVDF、改性 PP（填充玻纤 / 石墨）塑料件，将极框基板与盖板超声焊成封闭框体，内置流道、双极板 / 电极，核心目标：耐强酸电解液密封不漏液、焊缝耐电化学腐蚀、平面度流道不变形、批量一致性。

一、工艺原理

超声波换能器把电能转为高频机械振动（20kHz 为主），焊头把振动传递极框结合面；界面摩擦生热局部熔融，保压冷却形成分子结合，无胶水、无溶剂、固化时间≈0.5‑2s，适合自动化量产，替代热板焊、胶水粘接。

行业核心痛点

1. 极框外形大、薄壁、多流道，注塑件本身存在翘曲，结合面间隙波动，极易局部虚焊，后期电解液渗漏。

2. 焊缝长期浸泡高浓度硫酸钒电解液，普通焊缝微气孔会成为腐蚀起点，出现焊缝溶胀、开裂漏液。

3. 玻纤填充塑料，焊头磨损快，批量生产一致性管控难度大。

4. 焊后平面度要保证电堆堆叠压紧，焊接不能造成框体扭曲变形。

三、接头（焊接筋）设计要点（非常关键）

液流极框是整圈环形密封焊缝，优先三角能量导筋 (Energy Director) 结构

1. 筋高：0.25‑0.4mm，PP 取 0.3mm；PVDF 适当加高至 0.35‑0.45mm。

2. 三角顶角 60‑90°，根部圆角 R≥0.1mm，防止应力开裂。

3. 环形焊缝分段设置排气槽，防止困气造成焊缝气泡、密封失效。

4. 不建议平面对接（无导筋），对注塑平面度要求极高，量产极难稳定。

5. 焊缝位置避开流道薄壁，熔融料不能溢入电解液流道内部，避免堵塞流道。

四、设备选型与参数参考

• 频率：20kHz（大框件主流；30/35kHz 适合小型极框，振幅偏小）

• 控制模式：优先距离（熔接深度）模式，其次能量模式；不推荐单纯时间模式，抵消注塑件翘曲公差带来的波动。

• 焊头材质：钛合金 TC4，大面积框体采用多焊头阵列多点同步焊接；不使用铝合金焊头，耐磨不足，批量快速磨损。

• 工装底模：仿形型腔，多点支撑，防止极框焊接受压翘曲；框体四周预定位，保证上下框对齐。

PP 改性玻纤极框参考工艺窗口（仅参考，需样品 DOE 验证）

• 振幅：40‑60μm

• 焊接压力：1.5‑3.5bar

• 熔接深度：0.2‑0.32mm（匹配能量筋高度）

• 保压时间：0.3‑0.8s

• 单段焊接时间：0.4‑1.2s

PVDF 极框：振幅提升至 60‑80μm，压力加大，需要更高功率超声系统。

五、常见失效模式与对策

1. 虚焊、气密性不合格、漏液

• 原因：框件翘曲，结合面间隙大；振幅不足；熔接深度不够；玻纤析出界面隔离。

• 对策：优化工装仿形支撑；改用距离模式；优化注塑降低翘曲；适当提高振幅。

2. 焊缝溢料飞边，溢料进入流道

• 原因：能量过大、熔接深度超标。

• 对策：降低深度 / 振幅；筋部设计溢料槽；优化焊头贴合平面。

3. 极框整体变形，平面度变差，电堆装配困难

• 原因：压力过大，焊头受力不均，局部过热。

• 对策：多点同步焊头，压力均匀分布；底模充分支撑；减小单点位能量。

4. 焊缝浸泡电解液后开裂、溶胀脱开

• 原因：焊缝内部气孔、未充分熔合；材质相容性差。

• 对策：增加排气结构；做电解液浸泡老化试验；验证填充料配方。

5. 焊头快速磨损

• 原因：PP + 高玻纤填充。

• 对策：钛合金焊头表面硬化处理；定期检查修模。