超声波焊接原理.docx

超声波焊接原理及使用
当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的 高频振动，这种到达确定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量 传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生 局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能准时散发，聚拢在焊 区，致使两个塑料的接触面快速熔化，加上确定压力后，使其融合 成一体。当超声波停顿作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型， 这样就形成一个结实的分子链，到达焊接的目的，焊接强度能接近 于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅， 所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调整 的，振幅由换能器和变幅杆打算。这三个量相互作用有个适宜值， 能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；假设能量小， 则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最正确压力是焊接局部的 边长与边缘每 1mm 的最正确压力之积。

焊接方法

1、熔接法：超声波振动随焊头将超声波传导至焊件，由于两焊件处声阻大，因此产生局部高温，使焊件交界面熔化。在确定压力下，使两焊件到达美观、快速、结实的熔接效果。
2、埋植(插)法：螺母或其它金属欲插入塑料工件。首先将超声波传至金属，经高速振动，使金属物直接埋入成型塑胶内，同时将塑胶熔化，其固化后完成埋插。
3、铆接法：欲将金属和塑料或两块性质不同的塑料接合起来， 可利用超声波铆接法，使焊件不易脆化、美观、结实。
4、点焊法：利用小型焊头将两件大型塑料制品分点焊接，或整排齿状的焊头直接压于两件塑料工件上，从而到达点焊的效果。

5、成型法：利用超声波将塑料工件瞬间熔化成型，当塑料凝固时可使金属或其它材质的塑料结实。
6、切除法：利用焊头及底座的特别设计方式，当塑料工件刚射出时，直接压于塑料的枝干上，通过超声波传导到达切除的效果。
影响焊接的因素
其最主要的因素包括聚合物构造，熔化温度、柔韧性〔硬度〕、化学构造。
1、聚合物构造：
非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流淌的温度〔Tg 玻璃化温度〕。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。
半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点〔Tm 熔化温度〕 和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸取局部高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量〔高熔化热度〕才能把半结晶型的构造打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也打算了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的快速凝固。所以必需考虑这类材料的特别性〔例如：高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备〕才能取得超声波焊接的成功。
2、熔化温度
聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多. 3、硬度〔弹力系数〕
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。
4、 化学构造
超声粘接是塑胶玩具业中使用得格外广泛的一种紧固联接的方 法，但并非全部的塑胶都可以超声粘接的。这跟塑胶的性能有关系， 一般来讲，非极性化合物(如PP， PE)是很难超声的，极性化合物是可以超声的，而且极性化合物之间也是可以超声的，如PS 与PMMA 之间是可以超声的，典型的产品，如望远镜系列，望远镜的镜片是PMMA 的，而镜身可能是PS 或者ABS，就可直接把

PMMA 镜片超声粘接到PS 或者ABS 镜身上，而一般来说，玩具产品中的硬胶使用得最多的就是聚苯乙烯〔PS〕及其改进品种，所以超声粘接使用得最多的就是PS。
设备配置
超声波塑料焊接设备由气压传动系统、把握系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。
1、气动传动系统
包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系
统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压依据焊接需要调定。
2、把握系统
把握系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能 是：一是把握气压传动系统工作，使其焊接时在定时把握下翻开气 路阀门，气缸加压使焊头下降，以确定压力压住被焊物件，当焊接 完后保压一段时间，然后把握系统将气路阀门换向，使焊头上升复 位；二是把握超声波发生器工作时间，本系统使整个焊接过程实现 自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本 次焊接全过程。整个把握系统的挨次是：电源启动一触发把握信号， 气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作， 放射超声并保持确定焊接时间，去除超声放射，连续保持确定压力 时间，退压，焊头上升，焊接完毕。
3、超声波发生器
（1） 功率较大的超声波塑料焊接机，发生器信号承受锁相式频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率根本上与换能器谐振频率全都。
（2） 功率在 500W 以上的超声波塑料焊接机所用发生器承受自激式功率振荡器，也具有确定的频率跟踪力气。
4、超声波塑料焊接机使用的声学系统
（1） 换能器

超声波塑料焊接机用的声学系统包括三个局部：1 驱动局部 2 固定局部 3 工作局部。在以上三个组成局部中，驱动是核心，一般承受螺栓夹紧的纵向振动换能器，其中半波长纵向振子与四分之一的波长纵向振子，半波长纵向振与半波长聚能器相连接组成一个全波长塑料焊接换能器，而四分之一波长纵向振子与四分之一波长聚能器相连，组成一个半波长换能器。
（2） 工具头
对不同的焊接对象需要有不同工具头，不管是近场焊接还是传 输焊接，只有半波长的工具头才能使焊接端面到达最大的振幅。工 具头，有带振幅放大的和不带振幅放大的两种，塑料焊接机用声学 系统工具头，所用材料通常为铝合金，其端面镀硬质合金，功率较 大时也有用钛合金材料制成的，该材料疲乏强度比铝合金高一倍多。
工作要领
编辑
留意焊头不行以任意修改，否则会转变其谐振频率及机械强度， 简洁导致换能器或电器零件损坏。
超声波焊接机操作要领： 机器工作原理：
将 220V/50HZ 的电源供电，转变为 20KHz 或 15KHz 的高压电能，利用换能器转换成机械能，机械振动经二级杆放大经焊头传递 至被加工物，利用空气压力，产生工件接触面加压摩擦熔接的效果。
安装程序：
A：将机架上的三根电缆分别接入底座和发生器的插座上，并拧紧。
B：安装好换能器系统，并拧紧固定螺丝。 C：调整机架高度并拧紧机体固定把手。 D：观看底座上急停开关是否复位，如未，请复位。E：连接好气源及电源，并接好地线。

F：将焊头与二级杆之间的接触面擦拭干净，在两个端面上涂抹少量硅油或黄油，将螺杆拧入焊头一边拧紧，然后将焊头与二级杆这宰用螺杆连接，并用板手锁紧。
G：操作前，请务必做超声检测，以确定发生器频率与换能器系统机械谐振频率全都。尤其是更换焊头或转变输出振幅之后，不行疏忽。
超声波检测：
为了到达最正确的使用效果并维护本机的性能，调整发生器与换能器系统的谐振，格外重要。
A：调谐前，确保焊头与二级杆之间必需锁紧。调谐时，焊头不要接触其它物品。
B：翻开电源开关，此时电源指示灯亮。 C：按下超声波测试开关，并注视负载表，〔如电流表指针超
30%或超过 2A，则按下超声测试开关的时间要格外短〕，调整调谐
电感，左右旋转直到负载电表批示在最小位置，通常在 5%-15%或
300MA-900MA 之间。
D：因本机设有卡位，所以调谐电感的调整范围只有 360 度，如焊头的频率同 20KHZ 或 15KHZ 相差较远时，需翻开机盖，拆开固定位进展调整。
留意
（1） ：调整调谐电感时，负载表电流大小变化，并非表示功率输出大小，只表示发生器与换能器能器系统谐振程度，〔电流越小 谐振越
好〕。如需要较大振幅输出，可转变二级杆的品种。〔15KHz
机还可调整振幅调整开关，但不行在有超声波时调整振幅调整开关， 以防
高压电击。〕
（2） ：负载表空载时，表示谐振程度；带负载时，表示输出能量。
（3） ：调谐时，如过载指示灯亮，应马上松开测试开关，过5 秒钟之后，调整调谐电感，再做超声波检测。

（4） ：正确的调谐格外重要，假设无法到达正常状况，请参照故障检测表，不行牵强使用，以免损坏机器。
校模：
为到达高的生产效率，焊头与塑料件之间的距离应尽量缩短但仍需留有足够的空间便利取放塑料件。
1 将塑料件放在底座中调整气压在 2Kg 左右，利用焊头升降开关来使上下摸对准。
2 选择适合的焊头与塑料件之间的距离锁紧机架固定把手。
3 调整限位螺栓使焊头下降压紧塑料件之后仍有 0.2mm 左右的空间。〔对于焊接深度要求较高的塑料件，此空间相应加大〕。
4 调整焊接、保压时间、气压、试焊样件。
5 观看样件,如觉察焊接不均匀,则需要细调底座的平衡,一般原则为焊接部位熔接越厉害,则应调低，在底座相反位置垫上纸片等抬高底座对应位置，使塑料件与焊头吻合良好。
影响塑料件超声加工的因素如下：
〔1〕接触面的设计 〔2〕焊接线的设计 〔3〕塑料材质
〔4〕塑料件外形和尺寸 〔5〕焊接面与焊头之间距离 〔6〕焊头的设计
〔7〕焊头的振幅 〔8〕校模的准确性 〔9〕焊接压力、时间参数的选择
超声波焊接操作步骤：选择振幅、二级杆调谐频率、校模过熔时： 减小熔接时间,压力降低振幅段数
焊接不够：增加熔接时间或气压；增加振幅段数；改用较大功率机型；选择较大比例二级杆； 确定全部参数.