振動(dòng)-振幅-頻率

　在超聲波焊接過(guò)程中，將具有確定的振幅，力和持續(xù)時(shí)間的機(jī)械振動(dòng)施加到待焊接的材料上。由于分子間和表面摩擦，產(chǎn)生熱量并使材料熔化。

　　超聲波焊接系統(tǒng)的核心是堆疊。它由壓電轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)器（振幅變換器）和超聲波發(fā)生器組成。堆棧隨著超聲頻率收縮和擴(kuò)展。產(chǎn)生的振動(dòng)是縱波。焊接工具的行程，即峰值位置和零位置之間的距離，被稱為振幅-在超聲波焊接中，振幅在5和50μm之間。

根據(jù)作為材料特性的聲速和頻率計(jì)算波長(zhǎng)λ。

　　振幅的定義

　　幅度a定義為振蕩幅度的一半，即從零到峰值。

　　單位：千分尺[μm]

　　頻率的定義

　　頻率f是每單位時(shí)間的周期數(shù)

　　單位：赫茲[赫茲]

　　波長(zhǎng)的定義

　　波長(zhǎng)l（λ）是沿波的兩個(gè)相等狀態(tài)之間的距離。

　　單位：毫米[mm]

超聲波發(fā)生器運(yùn)動(dòng)的示意圖

臺(tái)州市錦亞機(jī)械制造有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)塑料線性振動(dòng)摩擦焊接機(jī)，熱鉚焊接機(jī)，熱板焊接機(jī)，多頭非標(biāo)型超聲波塑料焊接機(jī)，以及非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、治具等研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及銷售為一體的技術(shù)服務(wù)性實(shí)體公司。

（一）、通過(guò)外加熱源方式軟化的焊接技術(shù)有以下幾種：

1.熱板焊接

可能是較簡(jiǎn)單的塑料焊接技術(shù)，但這種方式特別適合于需要大面積焊接面的大型塑料件的焊接，一般是平面電熱板將需焊接的兩平面熔融軟化后迅速移去電熱板合并兩平面并加力至冷卻。這種方法焊接裝置簡(jiǎn)單，焊接強(qiáng)度高，制品、焊接部的形狀設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。但由于熱板產(chǎn)生的熱量使制品軟化，周期較長(zhǎng)；熔融的樹脂會(huì)粘附到電熱板上且不易清理（電熱板表面涂F4可減輕這種現(xiàn)象），時(shí)間長(zhǎng)了形成雜質(zhì)影響粘接強(qiáng)度；需嚴(yán)格控制壓力和時(shí)間保證適當(dāng)?shù)娜廴诹?；?dāng)不同種類的樹脂或金屬與樹脂相接合進(jìn)，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不足的現(xiàn)象。檢查產(chǎn)品，如果不理想，將相同的調(diào)節(jié)器加或減一點(diǎn)，直到滿足要求。

2.熱風(fēng)焊接

當(dāng)熱風(fēng)氣流直接吹向接縫區(qū)時(shí)，導(dǎo)致接縫區(qū)與母材同材質(zhì)的填充焊絲熔化。通過(guò)填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。這種焊接方法焊接設(shè)備輕巧容易攜帶，但對(duì)操作者的焊接技能要求比較高。

3.熱棒和脈沖焊接

這兩項(xiàng)技術(shù)主要用在連接厚度較小的塑料薄膜的焊接。并且這兩種方法相似，都是將兩片薄膜緊壓在一起，利用熱棒或鎳鉻絲產(chǎn)生的瞬間熱量完成焊接。

（二）、通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式軟化完成焊接的方法有：

1.按運(yùn)動(dòng)軌道可分為直線型和旋轉(zhuǎn)型

直線型可用于直線焊縫的焊接和平面焊接的焊接，旋轉(zhuǎn)型可用于圓形焊縫的焊接。在利用壓力下的兩部分在磨擦過(guò)程中產(chǎn)生的磨擦熱量使接觸部分的塑料熔融軟化，對(duì)正固定直到凝結(jié)牢固。

2.超聲波焊接

超聲波焊接就是使用高頻機(jī)械能軟化或熔化接縫處的熱塑性塑料。如果焊縫冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，它們會(huì)在其表面開始形成表皮，從而抑制兩個(gè)部件上的半熔融材料混合并形成強(qiáng)焊縫。被連接部分在壓力作用下固定在一起，然后再經(jīng)過(guò)頻率通常為20或40千赫的超聲波振動(dòng)，換能器把大功率振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械能，施加于所需焊接的塑料件的接觸界面，焊件接合處劇烈擦瞬間產(chǎn)生高熱量，從而使分子交替熔合，從而達(dá)到焊接效果。

   超聲波焊接過(guò)程很快，焊接時(shí)間不到一秒，并且很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在電子、電器、汽車零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工藝品、化妝品等各個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。

   運(yùn)動(dòng)方式焊接是一種自動(dòng)焊接過(guò)程，都需要專用焊接設(shè)備。一旦確定了正確的焊接參數(shù)，操作工即可穩(wěn)定生產(chǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是：快速、靈活、焊接過(guò)短穩(wěn)定且不需焊劑或保護(hù)氣體，也不產(chǎn)生有害氣體或熔渣，產(chǎn)品焊接質(zhì)量有保證。

超聲波塑膠焊接機(jī)的組成及應(yīng)用

超聲波塑料焊接機(jī)由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。

1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

包括有：過(guò)滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。

工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。

2、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開氣路閥門，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統(tǒng)將氣路閥門換向，使焊頭回升復(fù)位；二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過(guò)程。有些組件可能非常小巧，如閃存驅(qū)動(dòng)器和入耳式耳機(jī)，而可以超聲波焊接的較大組件通常不超過(guò)6x8英寸。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號(hào) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間 去除超聲發(fā)射 繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間 退壓，焊頭回升 焊接結(jié)束。

3、超聲波發(fā)生器

1） 功率較大的超聲波塑料焊接機(jī)，發(fā)生器信號(hào)采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。

2） 功率在500W以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。

4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)

1） 換能器

超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。例如，使用混合機(jī)器可以完全消除固體摩擦，因此您可以獲得一致的物料流，而無(wú)需局部熔化區(qū)。在以上三個(gè)組成部分中，驅(qū)動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(zhǎng)縱向振子與四分之一的波長(zhǎng)縱向振子，半波長(zhǎng)縱向振與半波長(zhǎng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(zhǎng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(zhǎng)縱向振子與四分之一波長(zhǎng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(zhǎng)換能器。

2） 工具頭

對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)到較大的振幅。

工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多