超声波焊接工艺标准.doc

广东新宝电器股份有限公司作 业 指 导 书编号：71-02-WI-003标题:超声波焊接工艺标准版次：A生效日期：2011-06-15 广东新宝电器股份有限公司作 业 指 导 书文件名称： 超声波焊接工艺标准 文件编号： 71-02-WI-003 生效日期： 2011年06月15日 版 本 号： A 适用范围： 所有超声波熔接作业 受控正本 受控副本编制： 彭志云 审核： 批准： 保密等级：内部文件制定/修改情况记录版次修改内容编写/修改人审核批准修改日期A首版彭志云 2011-06-151 目的： 建立超声波焊接工艺标准，为各分公司超声波焊接作业及超声波焊接工艺调整、超声波焊接关键工序的管理提供理论指导，从而规范各分公司超声波焊接作业，保证超声波焊接产品品质，提高生产效率。2 适用范围： 适用于各分公司所有超声波焊接作业。3 人员要求：3.1 超声波焊接岗位作业人员上岗条件必须满足：3.1.1 初中以上学历，入职1个月以上的员工。3.1.2 工作态度积极，有上进心并有较强的学习能力，有长期为公司服务的意愿。3.2 员工必须经过理论知识和实际操作培训并经考核合格，取得该关键岗位上岗资格证后方可正式上岗。3.2.1 超声波焊接工序作业人员上岗前要进行理论知识的培训，培训主要内容包括：一线超声波焊接员工对焊接原理，焊接过程，焊接方法，焊接质量的评定等；并现场指导员工操作，教会员工具体的操作步骤；对作业产生的不良品的辨别及处理方法等；最后是对员工进行本工序其它要求培训：厂牌要与上岗证配套使用，关键工位标识牌的正确配戴，作业指导书的识别，关键工序WI的张贴等，并安排对所培训的内容进行具体的实际操作上岗证 3.2.2 IE部对经过关键工序上岗资格培训的人员，根据人员实际所具备的相关条件及培训结果如实填写关键工序上岗资格评定表并建立档案，作为关键工序上岗的考核依据。 4 设备认识：4.1什么是超声波焊接 超声波焊接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的塑胶制品与之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结！它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果4.2超声波焊接的优点4.2.1.节能环保4.2.2.无需装备散烟散热的通风装置 4.2.3.成本低,效率高 4.2.4.容易实现自动化生产4.2.5.焊接强度高，粘接牢固4.2.6.焊点美观，可实现无缝焊接，防潮防水，气密性好超声波焊接机主要由如下几个分组成：发生器、气动分、程序控制分、换能器分。发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。 5 超声波焊接的工作原理： 超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置！ 振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化， 振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键， 整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料。如下图所示，振动能量从焊头传递到工件，工件之间的摩擦产生的热量将工件熔接面熔化，从而焊接成一体。焊头HORN振动能熔合工件6 超声波熔接技术的应用:6.1 铆接-Staking 6.1.1 标准铆接方式-Standard Profile Stake6.1.2 圆盖铆接方式-Dome Stake6.1.3 咬花成型铆接方式-Knurled Stake6.1.4 平头铆接方式-Flush Stake6.1.5 中空铆接方式-Hollow Stake6.1.6 高压铆接方式-High Pressure Stake6.1.7 埋植-Insertion6.1.8 成型-Swaging/Forming6.1.9 切除-Degating7 超声波熔接适用的材料由超声波的工作原理我们可以知道，超声波的实际功率并不大，工作时间短，所以产生的热量有限，所以一般只适用于一些熔点较低(400 以下)的材料。主要以热塑性的聚合物即塑料为主。我们主要了解一下各种塑料的熔接特性。一般来说，聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多。材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。 7.1 塑料熔接特性材 料 塑料熔接特性ABS 丙烯晴丁二烯苯乙烯共聚物质轻，兼具韧性，刚性与耐化学品性，用途广泛，热性佳，特别适合超声波溶接无论近距离或远距离熔接，均可得到良好效果。Acrylics 压克力硬度大、耐冲击、不受酸之作用，有高度光学明晰性，著色性良好，常用于汽车尾灯、仪表板、奖章、水龙头把手等。用于超声波熔接时，须注意衰明度问题，就易熔接。Acetal 缩 醛抗张及耐压强度高，耐磨性佳，最具强韧及弹性，常用作拉练、螺丝、轴承、滚筒、厨房用具等，因磨擦系数低，用超声波熔接时需高振动幅度及较长的熔接时间。Celluloeics酯酸纤维性物质抗张及耐压强度高，耐磨性佳，最具强韧及弹性，常用作拉练、螺丝、轴承、滚筒、厨房用具等，因磨擦系数低，用超声波熔接时需高振动幅度及较长的熔接时间。Noryl 聚苯醚超声波振动时材质易变化变色，接触面不易吸收能量，熔接较困难。Nylon 尼 龙性极韧、电性佳、绝缘度高，常用为电子零件等。因熔点高，所需熔接时间长，振幅高。难于焊接.P C . 聚碳酸脂材质强韧，耐磨损，摩擦系数极低，耐酸，常用作轴承、齿轮、管子、厨房用具、毛刷等。用超声波熔接时，因熔点高，所需熔接时间长，熔接前先经烘乾会较易熔接。Higl Density PE高密度聚乙烯比重小，在低温及室温下富柔曲性，防水、防蚀、可制成各种颜色。价格低的产品，常用于皿盘、封装薄膜、软水管、奶瓶、软绳等。密度越高越适合于超声波熔接。Low Density PE 低密度聚乙烯General purpose PS一般聚苯乙烯比重轻，对水及化学物之抗蚀性强，安定、绝缘性佳，特别适合于射出及押出成形。常用于玩具、装饰品、孟洗设备、盘子、透镜、浮动轮等的制造。由于弹性系数高,无论是近距离或远距离的超声波熔接均极适合。PS聚苯乙烯Impact 20-30% glass Filled PS 耐冲击玻纤强化聚苯乙烯Unmodified PP聚 丙 烯比重轻，有良好绝缘性，强度高，能耐热及化学剂的侵蚀，抽丝后可制绳纲等织品。制品有玩具、行李箱、音响外壳、电气绝缘物、食品包装等。本材质因弹性系数低,易衰减声波振动，帮远距离熔接需注意其效果,较难于焊接。PVC 聚氯乙烯电性佳，耐弱化学品，低温性佳，具难燃性，常用于各种合成皮软管、胶膜等，材质柔软，易衰减音波振动，熔接面易劣化。Polyster 聚酸脂熔接能量大Polysulfone 聚砜质硬、强度大、具韧性、长期受热不影响其电性能，常用为电视机零件护盖、马达零件等。因熔接点高，需较高之能量熔接。Polypheny lene Qxide(ppo)聚氧化二甲苯耐热与耐湿性，耐化学品，不性蒸汽，常用作端子、转子、外壳、叶轮和管件等，熔点高，需较高之能量熔接。Phenoxy 苯氧树脂性韧、富延展性、热安定性，熔点高，需较高之能量熔接。SAN 苯乙烯丙烯晴拉伸强度及压缩强度高，常用为盘管薄壁零件、打字机带卷轴，超声波熔接效果好。热塑性塑料AABS/ 聚碳酸酯 合金 （赛 柯乐800）聚丙丙烯酸系多元共聚物丁纤维氟尼亚苯基-氧化物为主的树脂（诺里尔）聚酰胺-酰亚胺（托郎）聚热聚聚聚聚聚聚聚SAN-NAS-ASA超声波焊接的B甲烯二素(CA,聚龙碳塑乙甲苯丙苯砜氯相容性示例图表S醛腈烯-苯CAB,合酸性烯基硫烯乙乙乙CAP)物酯聚戊烯烯烯酯烯ABSABS/聚碳酸酯合金 （赛柯乐800） 聚甲醛丙烯腈丙烯酸系多元共聚物丁二烯-苯乙烯纤维素(CA,CAB,CAP)氟聚合物尼龙亚苯基-氧化物为主的树脂（诺里尔）聚酰胺-酰亚胺（托郎）聚碳酸酯热塑性聚酯聚乙烯聚甲基戊烯聚苯硫聚丙烯聚苯乙烯聚砜聚氯乙烯SAN-NAS-ASA黑方块的表示两种塑料的相容性好，容易进行超声波焊接；圆圈表示在某些情况下相容，焊接性能尚可；空格表示两种塑料相容性很差，不易焊接。表中所列仅供参考,因为熟知的变化可导致结果略有差异.7.2.超声波焊接面设计8 影响超声波熔接能量的因素8.1 气压 我们可以通过调压阀来调整，一般来说气压越大，能量越大8.2下降速度超声波熔接机上有相应的旋钮，一般来说，下降速度越大能量越大8.3 频率超声波熔接机器都有固定的频率，频率越大，能量越大8.4 振幅振幅的变化因素比较多，就一般来说，振幅的调整可以通过调幅器和焊头的设计来达到8.5 时间我们可以调整焊接机的焊接时间，时间越长，焊接的能量越大8.6 保压时间保压时间是在塑料熔化之后的保持气压的时间，时间越长，形成的焊点越稳定，变形越小8.7影响超声波熔接能量的因素(频率)换能器Converter作用:将电能转换成机械能组成:陶瓷晶片和传动头原理:电流经过换能器，令换能器内产生电磁振荡，再经过压电陶瓷片，令压电陶瓷片产生振动，振动经过金属头，传到调幅器表面振幅:20KHz = 0.02mm 30KHz = 0.015mm 40KHz = 0.01mm调幅器选择 焊头调谐 焊头工件底模之间的校准9超声波熔接机参数调校调整：行程速度 下降时间 机械式止动器调整：焊接压力 焊接时间 保压时间被 焊 工 件负载监控表负载 20%至95%过载工件的检查或试验良好欠佳过载时候压力较高减低下降速度降低动力触发值用较低比例的调幅器使用功率更大的焊机焊接不充分增加焊接时间和压力采用更高比例的调幅器使用功率更大的焊机参数记录焊接过度减少焊接时间或降低压力采用较低比例的调幅器9.1 调幅器的选择9.1.1 焊接面积-面积越大,需要振幅越高。9.1.2 工件材料-PP/PE/尼龙等较难焊的晶型树脂,需要的振幅较高。9.1.3 工件构造-工件有细长的柱子或薄片等容易振裂的,应采用较弱的振幅。9.1.4 能源供应部份必须调谐得与换能器、调幅器、焊头的每种组合相配合9.1.5 正常情况：测试时，负载表的读数应少于20%9.1.6 异常情况：负载大于20%9.1.7 应检查：A焊头是否锁紧? B连接螺杆是否完好？ C连接面是否清洁？ D焊头是否有裂痕（用油涂于表面，测试音波时，可见到裂痕位置）9.2 对位与行程9.2.1 对位9.2.1.1 焊头、工件与底模之间的对位。9.2.1.2 工件放于底模，将气压放掉，焊头用力往下拉，对准接触面。9.2.1.3 然后将底模在底板上固定好。9.2.2 行程9.2.2.1 以方便取放工件为宜9.2.2.2 切记不能将焊头直接接触底模或底板的金属等硬质材料，很可能会导致换能器的破坏。9.3 压力9.3.1 压力过低,会延长焊接时间,使工件表面产生疤痕或质量不佳。9.3.2 压力过高,会使工件破裂,使界面结合欠佳,甚至过载,而终止超声。9.4 焊接时间与保压时间9.4.1 过长的焊接时间,会产生飞边或质量下降,特别是严格密封的场合下,更要注意,9.4.2 过长的焊接时间,会使工件偏离焊接区、表面熔化或破裂，特别是有孔部位、模合线上或头角处。9.4.3 一般0.3S0.5S,在有弹力装置、材料熔点高或材料有弹性时,要加大保压时间。如：PP/PE等。9.5 动力触发器9.5.1 用来控制超声波发出的时间9.5.2 旋钮刻度为123,刻度越大,压力越大,范围67N734N9.5.3 除非要克服变形或需要压缩(弹簧、膜片、密封件）的元件，9.5.4 使用较高的触发压力外，一般都使用较低的触发压力159.6 一般开始参数9.6.1 设置时,一般由小到大的原则9.6.2 每次调整一种参数 压力表:20Mpa 触发压力:15 kg/cm2 焊接时间:0.5S 下降速度:1S5S 保压时间:1S9.7组件功用说明9.7.1延迟时间设定：调整开始发振时间，在限制开关动作后09.99秒开始发振。9.7.2熔接时间设定：调整熔接时间长短，在延迟时间终了发振09.99秒之范围。9.7.3硬化时间设定：调整发振终了工作物熔接处冷却定型时间在09.99秒之范围。9.7.4 计数器：工作循环次数记录用，附有归零压扣。9.7.5调整及压力表：工作压力之指示及调整压力用。9.7.6声波调整：调整振动子系与发振回路之共振匹配，使转换效率达到理想。9.7.7振幅表：显示声波空载或负载工作之振幅强弱。9.7.8电源开关及灯：电源开关之控制，及指示开路之信号。9.7.9 选择开关（自动/手动/声波检查）：自动或手动之选择，及作声波空载检视之按纽。9.7.10声波出力调整纽：声波出力段数之设定用，12段为一般使用，34段为强力输出用。9.7.11声波过载灯：显示声波过载之不正常，需做声波调整，至过载灯不会显示为止。9.7.12频率指示：调试机器时做机器频率显示。9.7.13焊头：传动振动能量于工作物之上，使之熔接。9.7.14上升/下降缓冲调整：调整孔位于机台侧面可适当调整，使升降惯性适中。9.7.15下降速度调整：调整合理适当之下降工作速度用。9.7.16熔接位置视窗：检视正常熔接时焊头压附工作物之状况。9.7.17最低点微调螺丝：在熔接熔化块，或外形尺寸需精确时使用可限制汽缸之下降。9.7.18水平微调螺丝：调整此四支螺丝，可使焊头平均压附在工作物上。9.7.19输出电缆及插座：联接机体振动子系统与发振箱线路用。9.7.20 控制电缆及插座：联接机体控制单元与发振箱自动控制回路用。9.7.21接地螺母：电子回路之接地线连接用，漏电时之安全保障。9.7.22 保险丝座：电子线路之过载保护。9.8机器安装法9.8.1将发振箱放置于机体附近操作员易于观察及调整之处。9.8.2接地：将地线一端接地，另一端接于发振箱后面之接地旋钮。9.8.3发振箱与机体联接：将机体之输出电缆插头及控制电缆插头接于发振箱插座及机体插座上。9.8.4接空压源：将高压气压管引清净干燥之空压源与熔接机体上空气滤清器入口接头以管束结合锁紧。9.8.5接电源：发振箱后面之电源线及插头，请接上AC220V，60/50HZ电源。9.9各调整及熔接前准备工作9.9.1装焊头9.9.1.1先将换能器（CONE）及焊头（HORN）以及焊头螺丝，以酒精或汽油擦洗干净，再将焊头螺丝及换能器，焊头结合面抹上一层薄薄的黄油脂再将焊头螺丝锁于焊头上。注意：换能器，焊头之结合面若有损伤时，振动之传达效率会递减，应谨保养。9.9.1.2再紧固4支焊头水平调整螺丝，将换能器固定在其旋转范围之中间位置处。9.9.1.3把焊头用手旋入换能器到不能回转为止。9.9.1.4以焊头锁紧扳手焊头旋紧（约300Kg/cm之扭力），此时特别注意不让换能器旋转，以防止转梢扭断。（若发现旋转则4支焊头水平调整螺丝要再紧固些）。10 注塑成型缺陷之熔接痕标准化解决方案10.1 熔体汇合时形成的接缝分熔合线(meld line)和熔接痕(weld line)，熔合线的性能明显优于熔接痕。一般而言，汇合角大于135度时形成熔合线，小于135度时形成熔接痕，如下图所示。熔合线的性能明显优于熔接痕，汇合角对熔接缝的性能有重要影响，因为它影响了熔接后分子链熔合、缠结、扩散的充分程度，汇合角越大，熔接缝性能越好。10.2熔接痕的表现形式10.2.1熔接痕是注塑件的薄弱环节，不但影响制品的外观，而且易于产生应力集中，影响制品的总体强度10.3熔接痕的评价规格10.3.1熔接痕一般是两股熔体汇合时形成的表面刻痕，可以通过表面粗糙度计（如图3）来测量，其评价规格可由熔接痕的深度（如图4）来衡量（如图5熔接痕质量的评价规格）.10.4 熔接痕产生的原因及改善的对策10.4.1熔接痕的质量与人机料法环等因素都有直接或间接关系，关键是要把握影响的主要因素，并确定正确的改善措施。熔接痕改良措施见下表： 第 17 页 共 17 页