超聲波焊接機(jī)技術(shù)應(yīng)用

編制-講師：黃天光培訓(xùn)資料純屬個人編制，如有雷同或錯誤，請多多諒解，hank you！超聲波焊接機(jī)技術(shù)應(yīng)用超聲波塑料焊機(jī)技術(shù)先進(jìn)前景廣闊,當(dāng)代社會，塑料的各種制品，已滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域，同時也被廣泛應(yīng)用到航空、船舶、汽車、電器、包裝、玩具、電子、紡織等行業(yè)。然而，由于注塑工藝等因素的限制，在相當(dāng)一部分形狀復(fù)雜的塑料制品不能一次注塑成型，這就需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝又相當(dāng)落后，不僅效率低，且粘接劑還有一定的毒性，引起環(huán)境污染和勞動保護(hù)等問題。傳統(tǒng)的這種工藝已不能適用現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展需要，于是一種新穎的塑料加工技術(shù)超聲波塑料焊接以其高效、優(yōu)質(zhì)、美觀、節(jié)能等優(yōu)越性脫穎而出。 超聲波塑料焊接機(jī)在焊接塑料制品時，即不要填加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。因此，超聲波焊接技術(shù)越來越廣泛地獲得應(yīng)用。 超聲波焊接是熔接熱塑性塑料制品的高科技技術(shù)，各種熱塑性膠件均可使用超聲波熔接處理，而不需加溶劑，粘接劑或其它輔助品。其優(yōu)點是增加多倍生產(chǎn)率，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量及安全生產(chǎn)。超聲波焊接機(jī)的工作原理超聲波焊接機(jī)的工作原理：超聲波焊接裝置是通過一個電晶體功能設(shè)備將當(dāng)前220V、50Hz的電能轉(zhuǎn)變成15KHZ或20KHZ的高頻電能，再由換能器將電能轉(zhuǎn)換成高頻振動機(jī)械能，通過焊頭加于塑料制品工件上，通過工件表面及內(nèi)在分子件的摩擦而使接口的溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到此工件本身的熔點時，使工件接口迅速熔化，繼而填充于接口間的空隙，當(dāng)振動停止，工件同時在焊頭的壓力下冷卻定形，便達(dá)成完美的焊接 。超聲波焊接機(jī)組成部分超聲波焊接機(jī)主要由如下幾個部分組成：電箱、氣動部分、程序控制部分，換能器部分。換能器部分由三部分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動信號。變幅桿（BOOSTER）：又叫調(diào)幅器，變幅桿本身就是一條金屬柱，通過形狀的設(shè)計，可以將換能器傳遞過來的振幅進(jìn)行放大，達(dá)到加工塑料件所需能量振幅，相當(dāng)于加熱的溫度。焊頭（HORN）：焊頭的作用是對于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。組件名稱及功能升降速度：調(diào)節(jié)此旋鈕可調(diào)節(jié)焊頭上下的速度，順時針旋轉(zhuǎn)減速、反之加速。 焊接時間：調(diào)節(jié)超聲波焊接的時間。 保壓時間：用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射完后，塑料件固化的時間。延時時間：氣缸下壓觸碰到行程開關(guān)至超聲波發(fā)出之間的時間。氣壓表：指示工作氣壓。 調(diào)壓器：用于調(diào)節(jié)工作氣壓，將旋鈕拔出即可調(diào)節(jié)，調(diào)好后再壓入即可。換能器固定座：用于固定換能器系統(tǒng)。超聲測試按鍵：輕觸按鍵，即可發(fā)送超聲波，一般用于檢測超聲波是否正常。 焊頭升降開關(guān)：主要用于校對模具，該開關(guān)為自鎖開關(guān)，按下后需重按復(fù)原。 分水器：用于分離壓縮空氣中的水分，請在積水半滿時將杯底針向上壓，以排出積水。 機(jī)體固定把手：用于固定上部機(jī)架。 升降手輪：將機(jī)體固定把手松開后即可調(diào)整機(jī)架高低。 調(diào)幅器：又叫增幅器、二級桿 ，用于放大換能器輸出振幅。 焊頭：又叫焊模，將超聲波能量傳至工件。通常為諧振頻的半波長，材料多為鈦合金或鋁合金，鋁合金焊頭易在工作物上留下氧化物，可以電鍍或使用防熱塑料膜來防止。注意焊頭不可以任意修改，否則會改變其諧振頻率及機(jī)械強(qiáng)度，容易導(dǎo)致?lián)Q能器或電器零件損壞。觸發(fā)按鈕：兩邊開關(guān)同時觸發(fā)，可實現(xiàn)正常程序。 急停按鈕：該開關(guān)為自鎖開關(guān)，一經(jīng)觸發(fā)，則焊頭不能下降。如觸發(fā)后應(yīng)旋鈕復(fù)位，便于程序運作。 限位螺栓：調(diào)節(jié)螺栓上螺母位置，可限制焊頭下降的高度，控制塑料件焊接深度。 電源開關(guān)：打開此開關(guān)后，電源導(dǎo)通，指示燈亮 。德國必諾牌K3520塑膠熔接機(jī)德國進(jìn)口數(shù)控電箱必諾K3520標(biāo)準(zhǔn)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸 校模： 為達(dá)到高的生產(chǎn)效率焊頭與塑料件之間的距離應(yīng)盡量縮短但仍需留有足夠的空間方便取放塑料件。將塑料件放在底座中調(diào)整氣壓在2Kg左右，利用焊頭升降開關(guān)來使上下摸對準(zhǔn)。選擇適合的焊頭與塑料件之間的距離鎖緊機(jī)架固定把手。調(diào)整限位螺栓使焊頭下降壓緊塑料件之后仍有0.2mm左右的空間。（對于焊接深度要求較高的塑料件，此空間相應(yīng)加大） 調(diào)整焊接、保壓時間、氣壓、試焊樣件。觀察樣件,如發(fā)現(xiàn)焊接不均勻,則需要細(xì)調(diào)底座的平衡一般原則為焊接部位熔接越厲害,則應(yīng)調(diào)低，在底座相反位置墊上紙片等抬高底座對應(yīng)位置，使塑料件與焊頭吻合良好。開機(jī)后顯示屏上的信息開機(jī)后，顯示屏上會顯示如下信息： Welded PartsCobra20-1500Version V2.2Swiss madeA至此，整臺機(jī)器就可以開始生產(chǎn)了。功能鍵（Key Functions)Mode 停止使用 Limits 停止使用US-Test 手動測試超聲波Setup 狀態(tài)設(shè)定模式CLR -清除故障信息-清除焊接次數(shù)Enter 確認(rèn)所輸入的參數(shù)狀態(tài)值箭頭 上下左右鍵1-9 數(shù)字鍵故障信息（Error Message)Error(故障)Dual Palm button(啟動開關(guān))Error(故障)Emergency Stop(急停開關(guān)）Error(故障)Safety Switch(安全開關(guān)）Error(故障)Frequecy min(最小頻率）Error(故障)Frequecy max(最大頻率）Error(故障)Conv Voltage（換能器電壓）Error(故障)Overload(過載）啟動開關(guān)失效急停開關(guān)沒關(guān)上安全開關(guān)失效焊頭頻率小于追頻范圍焊頭頻率超出了追頻范圍焊頭破裂 換能器破裂 調(diào)幅破裂電箱功率太小 振幅太大 影響超聲波焊接的因素影響塑料件超聲加工的因素如下：（1）接觸面的設(shè)計（2）焊接線的設(shè)計（3）塑料材質(zhì)（4）塑料件外形和尺寸（5）焊接面與焊頭之間距離（6）焊頭的設(shè)計（7）焊頭的振幅（8）校模的準(zhǔn)確性（9）焊接壓力、時間參數(shù)的選擇塑料件的加工條件對超聲焊接的影響 塑料件經(jīng)過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產(chǎn)生一定影響的因素。A：濕度缺陷：濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過程中形成，濕度缺陷在焊接中衰減有用能量，使密封位滲水，加長焊接時間，所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。B：注塑過程的影響：注塑過程參數(shù)的調(diào)整會引致如下缺陷：1尺寸變化(收縮、彎曲變形) 2重量變化 3表面損傷 4統(tǒng)一性不佳 C：保存期：塑料件注塑加工出來后，一般最少放置24小時后，再進(jìn)行焊接，以消除塑料件本身應(yīng)力變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。D：再生塑料：再生塑料的強(qiáng)度比較差，對超聲波焊接適應(yīng)性也較差，所以如用再生塑料，各種設(shè)計尺寸均要酌情加以考慮。E：脫模劑和雜質(zhì)脫模劑和雜質(zhì)對超聲波焊接有一定的影響：雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑雜質(zhì)等震開，但對于要求密封、或在高強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡可能去除。在有些情況下，先清洗塑料件是必要的。近場焊與遠(yuǎn)場焊焊接線與焊頭的距離近場焊與遠(yuǎn)場焊，如果設(shè)備超聲波焊接機(jī)與焊接線及材料參數(shù)都是相同的，那么影響焊接質(zhì)量的就只有產(chǎn)品焊接線與焊頭之間的距離了，也就是近場焊與遠(yuǎn)場焊。什么叫近場焊，什么叫遠(yuǎn)場焊。當(dāng)超聲波焊頭與產(chǎn)品焊接線的距離小于6.3mm時，我們稱之為近場焊，大于6.3mm時，我們稱之為遠(yuǎn)場焊，一般來講，像普通塑膠材料，超聲波焊頭與產(chǎn)品焊接線之間的距離越小越好！那樣更容易焊接但有些特殊材料只能使用遠(yuǎn)場焊來進(jìn)行焊接，因為近場焊容易使零件產(chǎn)生裂紋與損壞。常見焊接故障現(xiàn) 象 原 因 解 決 方 法 焊接過度 輸入能量太多 1降低氣壓 2減少焊接時間 3降低振幅段數(shù) 焊接過輕 輸入能量太少 1增加氣壓 2加長焊接時間 3增大振幅段數(shù) 4使用較大功率的機(jī)型 非焊接面損傷 1焊頭塑料接觸面不吻合 2聲波集中損傷 1修理焊頭與底模使之與塑料件吻合 2修理焊頭在相關(guān)位置避空 塑料件開裂、 震斷 1超聲波振幅過大 2塑料件強(qiáng)度不夠 1減少輸出振幅 2塑料加加強(qiáng)筋或加厚 塑料件 表面穿孔 超長時間焊接所致 超聲波集中損傷 1減少焊接時間2焊頭相應(yīng)位置避空 3塑料件加強(qiáng)厚度或加加強(qiáng)筋 焊頭隨即下降碰到加工物未發(fā)波即上升 1下降沖程未到焊接位置 2極限開關(guān)不良 1對正在升降筒焊接位置 2檢修極限開關(guān)操作中過負(fù)載燈亮。 1焊頭松動2焊頭破裂 1鎖緊焊頭 2換修 焊頭焊接后不上升 1氣壓不夠 2控制電路不良 1調(diào)整空氣壓力 2換修時控板 空氣壓力、電源焊頭均正常但無法操作 1急停按鈕接觸不良 2控制電路不良3 啟動按鈕壞1檢查或換修 2換修3檢查或換修焊頭上升或下降沖擊太大 1緩沖調(diào)整不合適 2緩沖調(diào)整鎖死 3下降速度設(shè)定太高 1重新調(diào)整緩沖 2檢查并做調(diào)整 3調(diào)整下降速度焊接過熔 1焊接后產(chǎn)品外型尺寸不一 2工作物外表損傷1調(diào)整最低點微調(diào)螺絲 2焊接時間太長欲縮短 焊接過重 焊接能量過多 1降低使用壓力2減少焊接時間3降低振幅段數(shù)4 .減緩焊頭之下降速度 按下焊接按鈕機(jī)器不動作 1焊接機(jī)電源沒有打開 2氣源不正常 3行程開關(guān)沒有到位 4電磁閥壞5焊接機(jī)信號線接觸不好 1打開焊接機(jī)電源2 檢查和調(diào)整氣源3 調(diào)整行程開關(guān)4 更換電磁閥5 檢查線路連接焊線設(shè)計A 導(dǎo)能點高度 R熔接表面區(qū)域面禮 p塑膠厚度 E熔接間隙以防外凸 塑料件的設(shè)計塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須首先考慮如下幾點：1 焊縫的大?。匆紤]所需強(qiáng)度）2 是否需要水密、氣密3 是否需要完美的外觀4 避免塑料熔化或合成物的溢出5 是否適合焊頭加工要求焊接質(zhì)量可能通過下幾點的控制來獲得：1 材質(zhì)2 塑料件的結(jié)構(gòu)3 焊接線的位置和設(shè)計4 焊接面的大小5 上下表面的位置和松緊度6 焊頭與塑料件的妝觸面7 順暢的焊接路徑8 底模的支持為了獲得完美的、可重復(fù)的熔焊方式，必須遵循三個主要設(shè)計方向：1 最初接觸的兩個表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量（即焊接時間）來完成熔接。 2 找到適合的固定和對齊的方法，如塑料件的接插孔、臺階或企口之類。3 圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相聯(lián)系互緊密接觸的。如果可能的話，接觸面盡量在同一個平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時保持一致。下面就對塑料件設(shè)計中的要點進(jìn)行分類舉例說明：整體塑料件的結(jié)構(gòu)1.1塑料件的結(jié)構(gòu)塑料件必須有一定的剛性及足夠的壁厚，太薄的壁厚有一定的危險性，超聲波焊接時是需要加壓的，一般氣壓為2-6kgf/cm2 。所以塑料件必須保證在加壓情況下基本不變形。1.2罐狀或箱形塑料等，在其接觸焊頭的表面會引起共振而形成一些集中的能量聚集點，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況（如圖1所示），在設(shè)計時可以罐狀頂部做如下考慮 1 加厚塑料件 2增加加強(qiáng)筋3 焊頭中間位置避空1.3尖角如果一個注塑出來的零件出現(xiàn)應(yīng)力非常集中的情況，比如尖角位，在超聲波的作用下會產(chǎn)生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R角。如圖2所示。1.4塑料件的附屬物注塑件內(nèi)部或外部表面附帶的突出或細(xì)小件會因超聲波振動產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等（如圖3所示）。通過以下設(shè)計可盡可能減小或消除這種問題：1 在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角，或加加強(qiáng)筋。 2 增加附屬物的厚度或直徑。1.5塑料件孔和間隙如被焊頭接觸的零件有孔或其它開口，則在超聲波傳遞過程中會產(chǎn)生干擾和衰減（如圖4所示），根據(jù)材料類型（尤其是半晶體材料）和孔大小，在開口的下端會直接出現(xiàn)少量焊接或完全熔不到的情況，因此要盡量預(yù)以避免。1.6塑料件中薄而彎曲的傳遞結(jié)構(gòu)被焊頭接觸的塑件的形狀中，如果有薄而彎曲的結(jié)構(gòu)，而且需要用來傳達(dá)室遞超聲波能量的時候，特別對于半晶體材料，超聲波震動很難傳遞到加工面（如圖5所示），對這種設(shè)計應(yīng)盡量避免。 1.7近距離和遠(yuǎn)距離焊接近距離焊接指被焊接位距離焊頭接觸位在6mm以內(nèi)，遠(yuǎn)距離焊接則大于6mm，超聲波焊接中的能量在塑料件傳遞時會被衰減地傳遞。衰減在低硬底塑料里也較厲害，因此，設(shè)計時要特別注意要讓足夠的能量傳到加工區(qū)域。遠(yuǎn)距離焊接，對硬膠（如PS，ABS，AS，PMMA）等比較適合，一些半晶體塑料（如POM，PETP，PBTB，PA）通過合適的形狀設(shè)計也可用于遠(yuǎn)距離焊接。1.8塑料件焊頭接觸面的設(shè)計注塑件可以設(shè)計成任何形狀，但是超聲波焊頭并不能隨意制作。形狀、長短均可能影響焊頭頻率、振幅等參數(shù)。焊頭的設(shè)計需要有一個基準(zhǔn)面，即按照其工作頻率決定的基準(zhǔn)頻率面?；鶞?zhǔn)頻率面一般占到焊頭表面的70%以上的面積，所以，注塑件表面的突超等形狀最好小于整個塑料面的30%。一滑、圓弧過渡的塑料件表面，則比標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)放寬，且突出位盡量位于塑料件的中部或?qū)ΨQ設(shè)計。塑料件焊頭接觸面至少大于熔接面，且盡量對正焊接位，過小的焊頭接觸面（如圖6所示），會引起較大損傷和變形，以及不理想的熔接效果。在焊頭表面有損傷紋，或其形狀與塑料件配合有少許差異的情況下，焊接時，會在塑料件表面留下傷痕。避免方法是：在焊頭與塑料件表面之間墊薄膜（例如PE膜等）。 焊接線的設(shè)計2 焊接線的設(shè)計，焊接線是超聲波直接作用熔化的部分，其基本的兩種設(shè)計方式：1 能量導(dǎo)向 2 剪切設(shè)計2.1能量導(dǎo)向能量導(dǎo)向是一種典型的在將被子焊接的一個面注塑出突超三角形柱，能量導(dǎo)向的基本功能是：集中能量，使其快速軟化和熔化接觸面。能量導(dǎo)向允許快速焊接，同時獲得最大的力度，在這種導(dǎo)向中，其材料大部分流向接觸面，能量導(dǎo)向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。能量導(dǎo)向柱的大小和位置取決于如下幾點：1 材料 2 塑料件結(jié)構(gòu)3 使用要求圖7所示為能量導(dǎo)向柱的典型尺寸，當(dāng)使用較易焊接的材料，如聚苯乙烯等硬度高、熔點低的材料時，建議高度最低為0.25mm。當(dāng)材料為半晶體材料或高溫混合樹脂時（如聚乙碳），則高度至少要為0.5mm，當(dāng)用能量導(dǎo)向來焊接半晶體樹脂時（如乙縮荃、尼龍），最大的連接力主要從能量柱的底盤寬帶度來獲得。 沒有規(guī)則說明能量導(dǎo)向應(yīng)做在塑料件哪一面，特殊情況要通過實驗來確定，當(dāng)兩個塑料件材質(zhì)，強(qiáng)度不同時，能量導(dǎo)向一般設(shè)置在熔點高和強(qiáng)度低的一面。根據(jù)塑料件要求（例如水密、氣密性、強(qiáng)度等），能量導(dǎo)向設(shè)計可以組合、分段設(shè)計，例如：只是需要一定的強(qiáng)度的情況下，分段能量導(dǎo)向經(jīng)常采用（例如手機(jī)電池等），如圖8所示。 2.2能量導(dǎo)向設(shè)計中對位方式的設(shè)計上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準(zhǔn)確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行檢動位必須很小，一般小于0.05mm，基本的能量導(dǎo)向可合并為連接設(shè)計，而不是簡單的對接，包括對位方式，采用能量導(dǎo)向的不同連接設(shè)計的例子包括以下幾種：插銷定位：圖9所示為基本的插銷定位方式，插銷定位中應(yīng)保證插銷件的強(qiáng)度，防此超聲波震斷。臺階定位：圖10所示為基本的臺階定位方式，如h大于焊線的高度，則會在塑料件外部形成一條裝飾線，一般裝飾線的大小為0.25mm左右，創(chuàng)出更吸引人的外觀，而兩個零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。 圖11所示臺階定位，則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺階定位，則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺階定位為雙面定位，可防止內(nèi)外溢料。1 企口定位：如圖14所示，采用這種設(shè)計的好處是防止內(nèi)外溢料，并提供校準(zhǔn)，材料容易有加強(qiáng)密封性的獲得，但這種方法要求保證凸出零件的斜位縫隙，因此使零件更難能可貴于注塑，同時，減小于焊接面，強(qiáng)度不如直接完全對接。2 底模定痊：如圖15所示，采用這種設(shè)計，塑料件的設(shè)計變得簡單，但對底模要求高，通常會引致塑料件的平行移位，同時底模固定太緊會影響生產(chǎn)效果。 3 焊頭加底模定位：如圖16所示，采用這種設(shè)計一般用于特殊情況，并不實用及常用。4 其它情況：A：如圖17所示，為大型塑料件可用的一種方式，應(yīng)注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣，上塑料件凸緣必須接觸焊頭，上塑料件的上表面離凸緣不能太遠(yuǎn)，如必要情況下，可采用多焊頭結(jié)構(gòu)。B：如連接中采用能量導(dǎo)向，且將兩個焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。C：在焊接不易熔接的樹脂或不規(guī)則形狀時，為了獲得密封效果，則有必要插入一個密封圈，如圖18所示，需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接，比如熱成形的硬紙板