超聲波熔接工藝培訓(xùn)課件

超聲波熔接的優(yōu)點(diǎn)1.節(jié)能環(huán)保2.無需裝備散煙散熱的通風(fēng)裝置3.成本低,效率高4.容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)5.焊接強(qiáng)度高，粘接牢固6.焊點(diǎn)美觀，可實(shí)現(xiàn)無縫焊接，防潮防水，氣密性好7/20/20231超聲波熔接工藝超聲波熔接的工作原理 超聲波熔接裝置是通過一個(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的電能高頻電能，供應(yīng)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)械能至超聲波熔接機(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)度卻接近是一塊連著的材料。7/20/20232超聲波熔接工藝超聲波熔接的工作原理如下圖所示，振動(dòng)能量從焊頭傳遞到工件，工件之間的摩擦產(chǎn)生的熱量將工件熔接面熔化，從而焊接成一體。焊頭HORN工件熔合振動(dòng)能7/20/20233超聲波熔接工藝超聲波熔接的工作原理7/20/20234超聲波熔接工藝超聲波熔接機(jī)的工作原理示意圖超聲波熔接機(jī)工作原理圖電源換能器調(diào)幅器焊頭7/20/20235超聲波熔接工藝常用的超聲波熔接機(jī)介紹No.1 美國必能信公司 Branson其它：HerrmannRincoSonitekDukane7/20/20236超聲波熔接工藝常用的超聲波熔接機(jī)(3000W以下)7/20/20237超聲波熔接工藝常用的超聲波熔接機(jī)(3000W以上)7/20/20238超聲波熔接工藝常用的超聲波熔接機(jī)(多頭)7/20/20239超聲波熔接工藝超聲波熔接技術(shù)的應(yīng)用1.熔接 Welding2.鉚接 Staking3.埋植 Insertion4.成型 Swaging/Forming5.點(diǎn)焊 Spotwelding6.切除 Degating7.其它用途 Others7/20/202310超聲波熔接工藝鉚接-Staking7/20/202311超聲波熔接工藝標(biāo)準(zhǔn)鉚接方式-StandardProfileStake7/20/202312超聲波熔接工藝圓蓋鉚接方式-DomeStake7/20/202313超聲波熔接工藝咬花成型鉚接方式-KnurledStake7/20/202314超聲波熔接工藝平頭鉚接方式-FlushStake7/20/202315超聲波熔接工藝中空鉚接方式-HollowStake7/20/202316超聲波熔接工藝高壓鉚接方式-HighPressureStake7/20/202317超聲波熔接工藝埋植-Insertion7/20/202318超聲波熔接工藝成型-Swaging/Forming7/20/202319超聲波熔接工藝點(diǎn)焊-SpotWelding7/20/202320超聲波熔接工藝切除-Degating7/20/202321超聲波熔接工藝超聲波熔接適用的材料哪些材料可以用超聲波來焊接呢?由超聲波的工作原理我們可以知道，超聲波的實(shí)際功率并不大，工作時(shí)間短，所以產(chǎn)生的熱量有限，所以一般只適用于一些熔點(diǎn)較低(400℃以下)的材料。主要以熱塑性的聚合物即塑料為主。我們主要了解一下各種塑料的熔接特性。一般來說，聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多。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)。

7/20/202322超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素7/20/202323超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素由前面的公式中我們可以看到影響超聲波熔接的能量的因素有哪些。其具體表現(xiàn)有哪些呢？1.氣壓 我們可以通過調(diào)壓閥來調(diào)整，一般來說氣壓越大，能量越大2.下降速度 超聲波熔接機(jī)上有相應(yīng)的旋鈕，一般來說，下降速度越大， 能量越大3.頻率 超聲波熔接機(jī)器都有固定的頻率，頻率越大，能量越大4.振幅 振幅的變化因素比較多，就一般來說，振幅的調(diào)整可以通過 調(diào)幅器和焊頭的設(shè)計(jì)來達(dá)到5.時(shí)間 我們可以調(diào)整焊接機(jī)的焊接時(shí)間，時(shí)間越長，焊接的能量越大6.保壓時(shí)間 保壓時(shí)間是在塑料熔化之后的保持氣壓的時(shí)間，時(shí)間越長， 形成的焊點(diǎn)越穩(wěn)定，變形越小7/20/202324超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素讓我們回顧一下之前的超聲波熔接機(jī)的工作原理圖。超聲波熔接機(jī)工作原理圖電源換能器調(diào)幅器焊頭7/20/202325超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素(頻率)換能器 Converter作用:將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能組成:陶瓷晶片和傳動(dòng)頭原理:電流經(jīng)過換能器，令換能器內(nèi)產(chǎn)生電磁振蕩，再經(jīng)過壓電陶瓷片，令壓電陶瓷片產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)經(jīng)過金屬頭，傳到調(diào)幅器表面振幅: 20KHz=0.02mm 30KHz=0.015mm 40KHz=0.01mm7/20/202326超聲波熔接工藝換能器的工作原理—磁伸縮磁伸縮(MagnetostrictivePrinciple)7/20/202327超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素(調(diào)幅器)調(diào)幅器(Booster)7/20/202328超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素(焊頭)焊頭(Horn)7/20/202329超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素(焊頭)焊頭通常是一個(gè)半波長的共振金屬塊，將振動(dòng)能量傳遞到工件上焊頭的材料一般選擇鈦合金，鋁合金以及鋼鐵焊頭還可以根據(jù)需要進(jìn)行以下的處理： 高碳鋼嵌入 陽極處理 鍍鉻7/20/202330超聲波熔接工藝雕刻成型焊頭-ContourMachinedHorn7/20/202331超聲波熔接工藝全波長焊頭-FullWaveHorn7/20/202332超聲波熔接工藝復(fù)合式焊頭-CompositeHorn7/20/202333超聲波熔接工藝加裝壓板的焊頭-PlungerOnHorn7/20/202334超聲波熔接工藝真空焊頭-VaccumHorn7/20/202335超聲波熔接工藝切削焊頭-CuttingHorn7/20/202336超聲波熔接工藝影響超聲波熔接能量的因素(振幅)7/20/202337超聲波熔接工藝超聲波熔接夾具---底模(Fixture)在焊接時(shí)需要對(duì)下面的工件進(jìn)行固定及支撐，這也是非常重要的。固定的夾具稱之為底模。底模的設(shè)計(jì)主要要考慮以下幾點(diǎn)：1.工件吻合 這就要求定位準(zhǔn)確且牢固，使得工件在焊接的過 程中不會(huì)移動(dòng)2.工件支撐 要求支撐穩(wěn)固，不然振幅會(huì)被消弱3.定位及取放方便 縮短工作時(shí)間，提高生產(chǎn)率4.其它特殊要求7/20/202338超聲波熔接工藝底模17/20/202339超聲波熔接工藝底模27/20/202340超聲波熔接工藝超聲波熔接機(jī)參數(shù)調(diào)校以BRANSON8800機(jī)型例基本調(diào)整程序如下7/20/202341超聲波熔接工藝調(diào)幅器選擇焊頭調(diào)諧焊頭——工件——底模之間的校準(zhǔn)調(diào)整：焊接壓力 焊接時(shí)間保壓時(shí)間調(diào)整：行程速度下降時(shí)間機(jī)械式止動(dòng)器7/20/202342超聲波熔接工藝被焊工件負(fù)載監(jiān)控表過載負(fù)載20%至95%過載時(shí)候壓力較高減低下降速度降低動(dòng)力觸發(fā)值用較低比例的調(diào)幅器使用功率更大的焊機(jī)焊接不充分增加焊接時(shí)間和壓力采用更高比例的調(diào)幅器焊接過度減少焊接時(shí)間或降低壓力采用較低比例的調(diào)幅器工件的檢查或試驗(yàn)欠佳良好參數(shù)記錄7/20/202343超聲波熔接工藝調(diào)幅器的選擇焊接面積-----面積越大,需要振幅越高工件材料-----PP/PE/尼龍等較難焊的晶型樹脂,需要的振幅較高工件構(gòu)造-----工件有細(xì)長的柱子或薄片等容易振裂的,應(yīng)采用 較弱的振幅7/20/202344超聲波熔接工藝調(diào)諧器的選擇能源供應(yīng)部份必須調(diào)諧得與換能器、調(diào)幅器、焊頭的每種組合相配合正常情況：測試時(shí)，負(fù)載表的讀數(shù)應(yīng)少于20%異常情況：負(fù)載大于20%應(yīng)檢查： A焊頭是否鎖緊？ B連接螺桿是否完好？ C連接面是否清潔？ D焊頭是否有裂痕（用油涂于表面，測試音波時(shí)， 可見到裂痕位置7/20/202345超聲波熔接工藝對(duì)位與行程對(duì)位焊頭、工件與底模之間的對(duì)位工件放于底模，將氣壓放掉，焊頭用力往下拉，對(duì)準(zhǔn)接觸面然后將底模在底板上固定好行程以方便取放工件為宜切記不能將焊頭直接接觸底?；虻装宓慕饘俚扔操|(zhì)材料，很可能會(huì)導(dǎo)致?lián)Q能器的破壞。7/20/202346超聲波熔接工藝壓力1.壓力過低,會(huì)延長焊接時(shí)間,使工件表面產(chǎn)生疤痕或質(zhì)量不佳2.壓力過高,會(huì)使工件破裂,使界面結(jié)合欠佳,甚至過載,而終止超聲7/20/202347超聲波熔接工藝焊接時(shí)間與保壓時(shí)間1.過長的焊接時(shí)間,會(huì)產(chǎn)生飛邊或質(zhì)量下降,特別是嚴(yán)格密封的場合下,更要注意,2.過長的焊接時(shí)間,會(huì)使工件偏離焊接區(qū)、表面熔化或破裂，特別是有孔部位、模合線上或頭角處。3.一般0.3S~0.5S,在有彈力裝置、材料熔點(diǎn)高或材料有彈性時(shí),要加大保壓時(shí)間。如：PP/PE等。7/20/202348超聲波熔接工藝動(dòng)力觸發(fā)器用來控制超聲波發(fā)出的時(shí)間旋鈕刻度為1~23,刻度越大,壓力越大,范圍67N~734N除非要克服變形或需要壓縮(彈簧、膜片、密封件）的元件，使用較高的觸發(fā)壓力外，一般都使用較低的觸發(fā)壓力1~57/20/202349超聲波熔接工藝一般開始參數(shù)設(shè)置時(shí),一般由小到大的原則每次調(diào)整一種參數(shù) 壓力表:20觸發(fā)壓力:1~5焊接時(shí)間:0.5S下降速度:1~5保壓時(shí)間:1S7/20/202350超聲波熔接工藝超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超聲波的熔接結(jié)構(gòu)主要有兩種：1.導(dǎo)熔線 EnergyDirector2.剪切 Shear其中導(dǎo)熔線是最常用的一種結(jié)構(gòu)，也是相對(duì)比較穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)，剪切的結(jié)構(gòu)就相對(duì)比較難以控制。7/20/202351超聲波熔接工藝超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——

導(dǎo)熔線 導(dǎo)熔線是在兩個(gè)熔接面之一上形成一條三角形的凸出材料，它的的基本作用是聚集能量，使之可以盡快達(dá)到熔解的溫度，從而得到更好的熔接效果。導(dǎo)熔線的基本設(shè)計(jì)如下圖所示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)具體要求改變。非結(jié)晶聚合物半結(jié)晶聚合物7/20/202352超聲波熔接工藝超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——

導(dǎo)熔線導(dǎo)熔線的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1.增加熔接強(qiáng)度

2.減少溢膠

3.減少熔接時(shí)間

4.需要較小的振幅導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)主要有以下幾種：7/20/202353超聲波熔接工藝階梯型導(dǎo)熔線-StepJoint階梯型導(dǎo)熔線主要用于外觀上需要精確對(duì)位以及不溢膠的設(shè)計(jì)7/20/202354超聲波熔接工藝溝槽型導(dǎo)熔線-Tongue&Groove溝槽型導(dǎo)熔線主要用于雙邊不溢膠且能提供對(duì)位的功能設(shè)計(jì)，其也具備一定的防水功能。7/20/202355超聲波熔接工藝十字交叉型導(dǎo)熔線-Criss-Cross十字交叉型導(dǎo)熔線是一組導(dǎo)熔線相互垂直交叉，能縮短熔接時(shí)間，減少熔接功率，增加熔接強(qiáng)度，但是容易產(chǎn)生段差及溢膠間斷式連續(xù)式7/20/202356超聲波熔接工藝垂直墻壁型導(dǎo)熔線垂直墻壁型導(dǎo)熔線可以增加抗撕裂力以及減少溢膠。7/20/202357超聲波熔接工藝間斷型導(dǎo)熔線-InterruptedEnergyDirector間斷型導(dǎo)熔線可以減少溢膠以及焊接能量，但是會(huì)降低焊接的強(qiáng)度。7/20/202358超聲波熔接工藝鑿子型導(dǎo)熔線-KnifeEdgeWithTextureSurface鑿子型導(dǎo)熔線適用于壁厚較薄的零件，但是會(huì)降低焊接的強(qiáng)度。7/20/202359超聲波熔接工藝咬花導(dǎo)熔面咬花導(dǎo)熔面主要用于增強(qiáng)熔接強(qiáng)度，如下圖所示7/20/202360超聲波熔接工藝防水的導(dǎo)熔線結(jié)構(gòu)防水的導(dǎo)熔線結(jié)構(gòu)主要用于增加氣密性，如下圖所示，密封圈7/20/202361超聲波熔接工藝剪切型熔接面剪切型熔接熔接過程是，首先熔化開始接觸的小面積材料，然后沿著壁面繼續(xù)垂直向下而有控制的導(dǎo)引到工件里頭去。如圖所示7/20/202362超聲波熔接工藝剪切型熔接面剪切型熔接的優(yōu)點(diǎn)：1.熔接強(qiáng)度高，氣密性好。2.適合所有的塑膠材料，特別是具提早固體特性的半結(jié)晶性塑膠剪切型熔接的缺點(diǎn)1.不適用形狀復(fù)雜或者有直角的轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)2.熔接需要堅(jiān)固的側(cè)邊墻壁支撐，不然會(huì)變形。3.需要較大的振幅及功率，只適用于小一點(diǎn)的工件7/20/202363超聲波熔接工藝剪切型熔接面剪切型熔接的熔接深度一般為1.25W(壁厚)最小為0.5W最大為1.75W，干涉量見下表7/20/202364超聲波熔接工藝超聲波熔接設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題超聲波熔接應(yīng)避免以下的設(shè)計(jì)7/20/202365超聲波熔接工藝超聲波熔接設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題焊頭與工件的接觸面積越大越好，如果小于熔接區(qū)域的面積，會(huì)很容易導(dǎo)致表面?zhèn)邸?/20/