超聲波焊接的工作原理

超聲波焊接的基本過程可以通過以下步驟來描述：

　　1.待焊接的部件放置在鐵砧或夾具中。

　　2.喇叭接觸待焊接的部件。

　　3.施加壓力以使喇叭與焊接材料接觸并將它們保持在一起。

　　4.喇叭提供超聲波振動(dòng)來加熱材料。振動(dòng)上下或左右移動(dòng)不到一毫米。

　　5.材料焊接在一起。

　　6.喇叭縮回，焊接材料可從鐵砧上取下。

　　焊接時(shí)間，施加的壓力和溫度由焊接設(shè)備內(nèi)的計(jì)算機(jī)或微處理器控制。在焊接過程中實(shí)際發(fā)生的事情取決于材料的性質(zhì)。在金屬中，超聲波振動(dòng)平行于材料平面?zhèn)鬟f。摩擦熱使金屬表面的溫度升高到熔化溫度的約三分之一，但不會熔化金屬。相反，熱量從表面去除金屬氧化物和薄膜。這允許金屬原子在兩個(gè)表面之間移動(dòng)并形成將金屬保持在一起的鍵。

　　在塑料的情況下，振動(dòng)垂直于材料的平面，并且摩擦熱使溫度升高到足以熔化塑料。塑料分子混合在一起形成鍵。冷卻后，塑料表面焊接在一起。焊接時(shí)間可以變化，但焊接可以在短至0.25秒內(nèi)形成。

　　超聲波焊接中變化的因素是聲波的頻率（通常為20,30或40 kHz），用于將材料保持在一起的壓力，以及超聲波應(yīng)用的時(shí)間（分?jǐn)?shù)秒到超過一秒）。

　　超聲波焊接與傳統(tǒng)方法相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，相對于其他方法，焊接在低溫下發(fā)生。因此，制造商不需要消耗大量的燃料或其他能量來達(dá)到高溫。這使得該過程更便宜。它也更快更安全。

　　該過程在幾秒到幾秒內(nèi)發(fā)生。因此，它可以比其他方法更快地完成。事實(shí)上，它可以比膠水更好，更快地粘合塑料。例如，汽車中的新智能鑰匙中有一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器芯片。汽車只能在感應(yīng)到芯片時(shí)啟動(dòng)。為了制作鑰匙，金屬鑰匙坯的一端和芯片放入塑料頂部的一半。另一半放在它們上面并粘合到基部的一半。這種粘合通常用膠水完成，這需要時(shí)間來固化。在不到一秒的時(shí)間內(nèi)，可以使用超聲波焊接完成相同的任務(wù)。

　　后，超聲波焊接與相同材料的傳統(tǒng)焊接一樣堅(jiān)固耐用 - 這只是該方法用于汽車制造的原因之一。為了使汽車更輕，更省油，汽車制造商正在將鋁作為汽車車身的主要金屬。與傳統(tǒng)焊接相比，超聲波焊接可用于在更短的時(shí)間內(nèi)和更低的溫度下粘合金屬。

臺州市錦亞機(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。
材料對熱塑性塑料焊接響應(yīng)的影響

　　密度

　　這表明與基本類型相比，是否存在大量添加劑，例如玻璃纖維（GF），玻璃球（GG），石棉，滑石等，它們會影響焊接響應(yīng)。在大多數(shù)情況下，這些添加劑會增加密度。

　　根據(jù)溫度剪切模量G'和機(jī)械損耗因子Tanδ

　　從高G'或E剪切模量可以預(yù)期有利的焊接性能，該剪切模量在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下是恒定的。在同一時(shí)間的機(jī)械損耗因數(shù)tanδ（衰減）應(yīng)該低到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和盡可能恒定。硬質(zhì)無定形塑料在室溫下具有這些有利的性質(zhì)。聲波被傳送到連接表面而沒有太多損失并轉(zhuǎn)換成熱量。大多數(shù)增強(qiáng)材料增加了剛度，因此剪切模量也提高了。

　　在未填充的熱塑性塑料的情況下，剪切模量也受到水分含量，結(jié)晶度和晶體取向以及自含應(yīng)力的影響。在增強(qiáng)熱塑性塑料的情況下，這些影響也是有效的。

　　直至玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）或直至熔化區(qū)（Tm）的剪切模量曲線顯著下降意味著機(jī)械損耗因子的增加并且在通向連接表面的途中導(dǎo)致聲波明顯衰減。通常，在半結(jié)晶塑料的情況下，能量損失大于硬質(zhì)無定形塑料的情況。與由無定形塑料制成的那些相比，在半結(jié)晶塑料的情況下，相同形狀的模制件通常需要更高的發(fā)電機(jī)功率輸出或更長的焊接周期和更高的振幅。通常，希望具有較短的焊接周期。

　　熔化熱量或熱量和特定熱量Cp

　　該值越高，特別是在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或熔化范圍內(nèi)，在連接區(qū)域中塑化材料所需的能量越大。這意味著更長的焊接周期或必要時(shí)更強(qiáng)大的超聲波焊接裝置，后者是優(yōu)選的。

　　熔化范圍或熱塑性范圍

　　必須通過選擇合適的焊接參數(shù)來保證連接區(qū)域的加熱超過熔化范圍。

　　聲速

　　合成材料中的聲速是溫度控制的，并且在模制件用作聲導(dǎo)體時(shí)是重要的，例如在遠(yuǎn)場焊接中。

　　熔體粘度

　　塑料熔體的粘度（例如，由MFI，熔體流動(dòng)指數(shù)表示）影響焊接響應(yīng)。

　　以低MFI為特征的高分子粘性塑料通常需要更多的能量來熔化。這意味著更長的焊接周期或者超聲波焊接設(shè)備的更高功率輸出是必要的。

　　具有低熔體粘度的塑料，其特征在于高M(jìn)FI，熔化更快。在這種情況下，熔融材料會突然離開連接區(qū)域。為避免這種情況，焊接壓力，焊接周期，振幅，觸發(fā)和連接區(qū)域的設(shè)計(jì)應(yīng)特別小心。

　　大多數(shù)增強(qiáng)和填充材料增加了熔體粘度，即熔融材料更粘稠。少量的一些填料，例如云母和滑石，降低了熔體粘度，熔融材料更易移動(dòng)并且流動(dòng)更快。

　　增強(qiáng)材料，填充材料和其他添加劑

　　增強(qiáng)材料：

　　玻璃纖維，玻璃球，碳纖維，滑石，石棉等。

　　填充材料：

　　木粉，白堊和其他礦物和有機(jī)填充材料。

　　其他添加劑

　　穩(wěn)定劑，潤滑劑，染料，軟化劑，阻燃添加劑，抗靜電涂料等

　　。這些添加劑的性質(zhì)和數(shù)量會影響焊接響應(yīng)和焊接效果。應(yīng)相應(yīng)調(diào)整模制件的結(jié)構(gòu)和焊接條件。

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塑料產(chǎn)品材質(zhì)配合不當(dāng)

塑料產(chǎn)品材質(zhì)配合不當(dāng)

解決方案：

每一種塑料材質(zhì)的熔點(diǎn)，各有不同，例如ABS塑料材質(zhì)的熔點(diǎn)約115℃，耐隆約175℃、PC在145℃以上、

PE約85℃為例：ABS與PE二種材質(zhì)的熔點(diǎn)差距太大，超聲波焊接勢必困難。而ABS與PC二種材質(zhì)，亦有差距，但已非前項(xiàng)差距如此之大，是以尚可熔

接，但在超聲波功率相同，能量擴(kuò)大相同的情況下，相異的塑料材質(zhì)，無法比相同材質(zhì)的熔接效果好。

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?超聲波焊接后，發(fā)現(xiàn)變形扭曲

超聲波焊接后，發(fā)現(xiàn)變形扭曲

解決方案：

1、降低壓力（壓力在2kg以下）。

2、減少超聲波焊接時(shí)間（降低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）。

3、增加硬化時(shí)間（至少0.8秒以上）。

4、分析超聲波上下模是否可局部調(diào)整（非必要時(shí)）。

5、分析產(chǎn)品變形主因，予以改善。

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