超聲波焊接技術(shù)大全

1、超聲波焊接技術(shù)大全作者 : 麥蒂 來源 : 中國焊接之家社區(qū)超聲波焊是一種快捷、 干凈、 有效的裝配工藝， 用來裝配處理熱塑性塑料配 件，及一些合成構(gòu)件的方法。 目前被運(yùn)用的塑膠制品與其間的粘結(jié)， 塑膠制品與 金屬配件的粘結(jié)及其它非朔膠材料之間的粘結(jié)！ 它取代了溶劑粘膠機(jī)械鞏固及其 它的粘接工藝是一種先進(jìn)的裝配技術(shù)， 超聲波焊接不但有連接裝配功能而且具有 防潮、防水的密封效果。超聲波的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能，無需裝備散煙散熱的通風(fēng)裝置，本錢低，, 效率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。1 超聲波焊接機(jī)的工作原理超聲波焊接裝置是通過一個(gè)電晶體功能設(shè)備將當(dāng)前 50/60Hz 的電頻轉(zhuǎn)變成 20KHz或40KHz的電能高

2、頻電能，供給給轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換成用于超聲 波的機(jī)械振動(dòng)能， 調(diào)壓裝置負(fù)責(zé)傳輸轉(zhuǎn)變后的機(jī)械能至超聲波焊接機(jī)的焊頭。 焊 頭是將機(jī)械振動(dòng)能直接傳輸至需壓合產(chǎn)品的一種聲學(xué)裝置。振動(dòng)通過焊接工作件傳給粘合面振動(dòng)磨擦產(chǎn)生熱能使塑膠熔化， 振動(dòng)會(huì)在熔 融狀態(tài)物質(zhì)到達(dá)其介面時(shí)停止， 短暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時(shí)產(chǎn)生 個(gè)強(qiáng)分子鍵， 整個(gè)周期通常是不到一秒種便完成， 但是其焊接強(qiáng)度卻接近于一塊 連著的材料。1焊接： 指的是廣義的將兩個(gè)熱塑性塑料產(chǎn)品熔接的過程。當(dāng)超音停止 振動(dòng)時(shí)，固體材料熔化，完成焊接。其接合點(diǎn)強(qiáng)度接近一整塊的連生材料，只要 產(chǎn)品的接合面設(shè)計(jì)得匹配，完全密封是絕對(duì)沒有什么問題的

3、。2碟合： 熔化機(jī)械鎖形成一個(gè)材質(zhì)不同的塑料螺栓的過程。3嵌入： 將一個(gè)金屬無件嵌入塑料產(chǎn)品的預(yù)留孔內(nèi)，具有強(qiáng)度高，成型 周期短安裝快速的優(yōu)點(diǎn)，類似于模具設(shè)計(jì)中的嵌件。Welding TechniquesUltrasonic WeldingUltraso nic Weldi ng 1超聲波焊接 1Welding TechniquesUltrasonic Welding Poor but Joint design Excessive weld tlrna Excessive weld energy Exuding melt results in a visual defect Improved

4、butt joint d&ign Reduced weld time< R&ducetl wekl energy Exuding flash visible Flash trap addd< Reduction in wald area Exuding melt do$6 not result in a visual defect Step Joint design Improved shear rslstanc Exuding nieJt doe? not result Jn a vtsual defcl Assists in locating prtsAmorp

5、hous poly me iSeml'Crytallbie polymerDim.Small partLarge partSmall partLange partOJ - 040l5 - 0.605* 0.7M 1.060ff to 90 <>90°rypicuidirrdttf if hut 7/ > ion i fnilJini t ers/Ultrasonic Welding 2超聲波焊接 2Ultrasonic Weldingpestle part weldingLower partWelding Techniquesinsufficient spr

6、eadingof energy directorLorsr padEnergy出fm"VTextured surfaceExcessiveflow ot meltOpbmijrnweldLowr pcirtLow&r partSurface 怕xttires opposite the energy director can improve weld quality for joint such as the butt jointUltrasonic Welding 3超聲波焊接 3Option謎 cfes jgrv surrounding energy director in

7、terrupted at cornerW elding TechniquesUltrasonic WeldingSuit joint energy director:comer considerationStirroundlnQ energy directorfollows comer radiusUltrasonic Welding 4.超聲波焊接 44彎曲/生成：聲波將配件的一局部熔化再組成一個(gè)塑料的突起部位或塑料管或其它擠出配件。這種方式的優(yōu)勢(shì)在于處理的快速， 較小的內(nèi)壓，良好的外 觀及對(duì)材料本性的克服。5點(diǎn)悍：點(diǎn)焊是對(duì)沒有預(yù)留也或能源控制的兩個(gè)熱塑塑料組件的局部焊 接。點(diǎn)焊也能產(chǎn)生一個(gè)

8、強(qiáng)有力的粘合構(gòu)造， 尤其適合一些大型配件、有突起的塑 料片或澆注的熱塑塑料以及那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以進(jìn)入接合面的產(chǎn)品。6剪切：切和封口一些有序與無序的熱塑材料的超音波工藝。用這種方 法密封的邊緣不開裂，且沒有毛邊、卷邊現(xiàn)象。7 紡織品/膠片的密封：紡織品品及一些膠片的密封也可用到超音波。 它 可對(duì)膠片實(shí)行緊壓合，還可對(duì)紡織品進(jìn)行整潔的局部剪切與密封。 縫合的同時(shí)也 起到了裝飾的作用。2影響超音波焊接的因素?zé)崴芩芰系目珊附恿Γ?滿足超音波壓合對(duì)各種樹脂的要求。 其最主要的因素 包括聚合物結(jié)構(gòu)，熔化溫度、柔韌性硬度、化學(xué)結(jié)構(gòu)。1聚合物結(jié)構(gòu)： 非結(jié)晶聚合物分子排列無序、 有明顯的使材料逐步變軟、 熔化

9、及至流動(dòng)的溫度 Tg 玻璃化溫度。這類樹脂通常能有效傳輸超音速振動(dòng) 并在相當(dāng)廣泛的壓力 / 振幅范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的焊接。半結(jié)晶型聚合物分子排列有序，有明顯的熔點(diǎn)Tm熔化溫度和再度凝固 點(diǎn)。固態(tài)的結(jié)晶型聚合物是富有彈性的， 能吸收局部高頻機(jī)械振動(dòng)。 所以此類聚 合物是不易于將超聲波振動(dòng)能量傳至壓合面， 幫要求更高的振幅。 需要很高的能 量高熔化熱度 才能把半結(jié)晶型的結(jié)構(gòu)打斷從而使材料從結(jié)晶狀態(tài)變?yōu)檎沉鳡?態(tài)，這也決定了這類材料熔點(diǎn)的明顯性， 熔化的材料一旦離開熱源， 溫度有所降 低便會(huì)導(dǎo)致材料的迅速凝固。所以必須考慮這類材料的特殊性例如：高振幅、 接合點(diǎn)的良好設(shè)計(jì)、 與超音夾具的有效接觸、 及優(yōu)良

10、的工作設(shè)備 才能取得超聲 波焊接的成功。2聚合物： 熱塑性與熱固性將單體結(jié)合在一起的過程稱為“聚合。聚 合物根本可分為兩大類： 熱塑性和熱固性。 熱塑性材料加熱成型后還可以重新再 次軟化和成型，基所經(jīng)歷的只是狀態(tài)的變化而已 - 這種特性使決定了熱塑性材料 超音波壓合的適應(yīng)性。 熱固性材料是通過不可逆反的化學(xué)反響生成的， 再次加熱 或加壓均不能使已成型的熱固性產(chǎn)品軟化， 所以傳統(tǒng)上一直認(rèn)為熱固性材料是不 適合使用超音波的。3熔化溫度： 聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多。4硬度彈力系數(shù)： 材料的硬度對(duì)其是否能有效傳輸超音速振動(dòng)是很 有影響的?？偟恼f來，愈硬的材料其傳導(dǎo)力愈強(qiáng)。5超聲波熔

11、接： 以超聲波頻率振動(dòng)的焊頭，在預(yù)定的時(shí)間及壓力下，磨 擦生熱，令塑膠接面相互熔合，既牢固，又方便快捷。 6 超聲波埋插： 由焊頭送到金屬及塑膠間的超聲波震動(dòng)，磨擦生熱令塑 膠接觸面熔化，使金屬椿擠入塑膠孔內(nèi)。7超聲波鉚接，成形包覆： 塑膠件上的梢子，通過金屬件的孔，以高震幅焊頭震動(dòng)梢端，使其熔解，順著焊頭的接觸面變?yōu)殂T釘形狀，將金屬板鉚住8超聲波點(diǎn)焊：將兩層塑膠板焊接，焊頭中央的導(dǎo)梢以超波震動(dòng)攢穿上聲波焰接i丙烯T基聚碳酸聚氟胺聚烯素物為丙聚甲聚聚酰亞尼苯氯主的(CA.乙基菲丙會(huì)胺龍乙乙賽元苯戊IH物托烯柯樂共諾乙酯烯郎烯里800)爾CAES碳性聚 酯二針維層塑膠板，由于震動(dòng)能產(chǎn)生離析，塑膠

12、接面間接產(chǎn)生磨擦熱，令兩層塑膠板熔接。3超聲波塑料焊接的相容性和適應(yīng)性熱塑性塑料，由于各種型號(hào)性質(zhì)不同，造成有的容易進(jìn)行超聲焊接，有的不易焊接.如圖表中黑方塊表示兩種塑料的相容性好，容易進(jìn)行超聲焊接，圓圈表示在某些情況下相容，焊接性能尚可，空格表示兩種塑料相容性很差，不易焊接.蘆波岸接的相B合金甲烯多亞苯堇波壇插?瀝聲波聊接，成青波點(diǎn)焊熱塑性塑料超容性例如圉表S氧化SAN-NAS-ASA聚碳酸酯音蠶眾和樂SCOoO0o0丙烯型聚去元0OooT二陽蘋邑o并雄耒(crcii. cif)他毘不oa搖唯00JL-零和S-oo102己龍urs-ijLuuoo萍械各cr表示在攀RflSCf下祠冒 條中后知

13、砸審帶毎四力豹即n空錢:印0執(zhí)恰胃銅疑菲.1 超聲波焊接的焊口設(shè)計(jì)： 兩個(gè)熱塑性塑料零件的超聲波焊接要求超聲 波振動(dòng)通過焊接頭傳遞到組合件的上半部，最后傳至兩半的結(jié)合處或界面上在 此,振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成熱能，用以熔化塑料當(dāng)振動(dòng)停止后，塑料在壓力下固化，在結(jié) 合面上產(chǎn)生焊接.兩個(gè)結(jié)合外表的設(shè)計(jì)，對(duì)于獲得最正確焊接結(jié)果來說是非常重要的有各種各 樣的連接設(shè)計(jì)，每一種都有特色和優(yōu)點(diǎn).各種設(shè)計(jì)的使用取決于許多因素，例如塑 料類型、零件幾何形狀、焊接的要求即粘性、強(qiáng)度、密封等2夾具裝置：塑料超聲波焊接的一個(gè)重要因素是夾具裝置.夾具裝置的主 要用途是固定零件，使之與焊接頭對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)組合件提供適當(dāng)?shù)闹?被焊接

14、的材料、零件幾何形狀、壁厚和零件的對(duì)稱性均可影響能量向界面的傳遞，因此設(shè)計(jì)夾具時(shí)必須加以考慮某些用途，例如鉚接和嵌插，要求在焊接頭接觸區(qū)下面有堅(jiān)硬的承托裝置鋁 質(zhì)的夾具裝置可提供必要的剛度，可以鍍鉻來防止零件出現(xiàn)疤痕和提高耐磨性在一些用途中，夾具必須具有一定程度的彈性以保證在連結(jié)區(qū)產(chǎn)生異相狀態(tài) 異相狀態(tài)一般在最差的結(jié)合處出現(xiàn)，這是待焊接的范圍；不過，由于某些零件材料 和幾何形狀，結(jié)合的兩半可能合成一整體，上下同時(shí)振動(dòng)，如果這種狀態(tài)出現(xiàn)，將 承槽由剛性材料改為彈性材料，或者將硬度計(jì)由軟性材料改為另一種材料，往往 足以在連結(jié)區(qū)重新建立異相狀態(tài)簡單的實(shí)驗(yàn)性夾具可用木料、環(huán)氧樹脂或熟石膏建造 對(duì)于更精

15、密、更長壽 命的夾具將要用鋁、鋼、黃銅、鑄塑尿烷，或其它的彈性材料夾具設(shè)計(jì)范圍廣， 從快速拆卸夾具到簡單的金屬板均有應(yīng)用的要求和生產(chǎn)率通常決定夾具的設(shè) 計(jì)。上圖表示簡單的對(duì)接焊連接和有能量導(dǎo)向局部的理想連接的時(shí)間 -溫度曲 線.能量導(dǎo)向局部允許迅速焊接，同時(shí)到達(dá)最大的強(qiáng)度在導(dǎo)向局部的材料如圖示 在整個(gè)結(jié)合區(qū)內(nèi)流動(dòng)1 了坤后上圖表示焊前按要求比例設(shè)計(jì)能量導(dǎo)向局部改良對(duì)接焊與導(dǎo)致的材料流動(dòng)工件尺寸的選擇應(yīng)是如圖示能量導(dǎo)向局部熔化后足夠分布于結(jié)合面之間，通常，對(duì)于易焊的樹脂能量導(dǎo)向局部最小高度為0.010英寸0.25毫米對(duì)于某些需要高能量的樹脂，即結(jié)晶型、低剛度或高熔化溫度的非晶型例如聚碳酸酯、聚 砜樹脂,需要較大的能量定向局部,其最小高度為0.020英寸0.5毫米。在 工件之間對(duì)齊的方法，例如銷釘和插口，應(yīng)包括在工件設(shè)計(jì)中。必須指出，為熔劑 焊封所作的設(shè)計(jì)一般可以修改，以符合超聲波焊接的要求。要防止能量導(dǎo)向局部設(shè)計(jì)的典型錯(cuò)誤是將結(jié)合面削成45度的斜面.上圖表示這樣做的結(jié)果wli Twy<0.I上圖表示便于對(duì)齊的階梯式連接這種連接設(shè)計(jì)適合于在側(cè)面不宜有過多的熔體或溢料之場合2榫槽連接法：主要用于焊接和防止內(nèi)外燒化.不過,需要保持