超聲波熔接工藝

超聲波熔接工藝第一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五

超聲波熔接是一種快捷，干凈，有效的裝配工藝，用來裝配處理熱塑性塑料配件，及一些合成構(gòu)件的方法。目前被運用的塑膠制品與之間的粘結(jié)，塑膠制品與金屬配件的粘結(jié)及其它非塑膠材料之間的粘結(jié)！它取代了溶劑粘膠機械堅固及其它的粘接工藝是一種先進的裝配技術(shù)！超聲波熔接不但有連接裝配功能而且具有防潮、防水的密封效果。

什么是超聲波熔接

第二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接的優(yōu)點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.容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)5.焊接強度高，粘接牢固6.焊點美觀，可實現(xiàn)無縫焊接，防潮防水，氣密性好第三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接的工作原理 超聲波熔接裝置是通過一個電晶體功能設(shè)備將當前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械振動能，調(diào)壓裝置負責(zé)傳輸轉(zhuǎn)變后的機械能至超聲波熔接機的焊頭。焊頭是將機械振動能直接傳輸至需壓合產(chǎn)品的一種聲學(xué)裝置?。?/p>

振動通過焊接工作件傳給粘合面振動磨擦產(chǎn)生熱能使塑膠熔化，振動會在熔融狀態(tài)物質(zhì)到達其介面時停止，短暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時產(chǎn)生個強分子鍵，整個周期通常是不到一秒種便完成，但是其焊接強度卻接近是一塊連著的材料。第四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接的工作原理如下圖所示，振動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。焊頭工件熔合振動能第五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接的工作原理第六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接機的工作原理示意圖超聲波熔接機工作原理圖電源換能器調(diào)幅器焊頭第七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五常用的超聲波熔接機介紹No.1 美國必能信公司 Branson其它：HerrmannRincoSonitekDukane第八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五常用的超聲波熔接機(3000W以下)第九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五常用的超聲波熔接機(3000W以上)第十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五常用的超聲波熔接機(多頭)第十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接技術(shù)的應(yīng)用1.熔接2.鉚接3.埋植4.成型5.點焊6.切除7.其它用途第十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五鉚接第十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五標準鉚接方式第十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五圓蓋鉚接方式第十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五咬花成型鉚接方式第十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五平頭鉚接方式第十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五中空鉚接方式第十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五高壓鉚接方式第十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五埋植第二十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五成型第二十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五點焊第二十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五切除第二十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五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，超聲波的實際功率并不大，工作時間短，所以產(chǎn)生的熱量有限，所以一般只適用于一些熔點較低(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，聚合物的熔點越高，其焊接所需的超音波能量越多。材料的硬度對其是否能有效傳輸超音速振動是很有影響的。總的說來，愈硬的材料其傳導(dǎo)力愈強。

第二十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素第二十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五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)計來達到5.時間 我們可以調(diào)整焊接機的焊接時間，時間越長，焊接的能量越大6.保壓時間 保壓時間是在塑料熔化之后的保持氣壓的時間，時間越長， 形成的焊點越穩(wěn)定，變形越小第二十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五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的工作原理圖。超聲波熔接機工作原理圖電源換能器調(diào)幅器焊頭第二十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素(頻率)換能器作用:將電能轉(zhuǎn)換成機械能組成:陶瓷晶片和傳動頭原理: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，振動經(jīng)過金屬頭，傳到調(diào)幅器表面振幅: 20KHz=0.02mm30KHz=0.015mm40KHz=0.01mm第二十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五換能器的工作原理—磁伸縮第二十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素(調(diào)幅器)第三十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素(焊頭)第三十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素(焊頭)焊頭通常是一個半波長的共振金屬塊，將振動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)需要進行以下的處理： 高碳鋼嵌入 陽極處理 鍍鉻第三十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五雕刻成型焊頭第三十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五全波長焊頭第三十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五復(fù)合式焊頭第三十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五加裝壓板的焊頭第三十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五真空焊頭第三十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五切削焊頭第三十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五影響超聲波熔接能量的因素(振幅)第三十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接夾具---底模在焊接時需要對下面的工件進行固定及支撐，這也是非常重要的。固定的夾具稱之為底模。底模的設(shè)計主要要考慮以下幾點：1.工件吻合 這就要求定位準確且牢固，使得工件在焊接的過 程中不會移動2.工件支撐 要求支撐穩(wěn)固，不然振幅會被消弱3.定位及取放方便 縮短工作時間，提高生產(chǎn)率4.其它特殊要求第四十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五底模1第四十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五底模2第四十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接機參數(shù)調(diào)校以BRANSON8800機型例基本調(diào)整程序如下第四十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五調(diào)幅器選擇焊頭調(diào)諧焊頭——工件——底模之間的校準調(diào)整：焊接壓力 焊接時間保壓時間調(diào)整：行程速度下降時間機械式止動器第四十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五被焊工件負載監(jiān)控表過載負載20%至95%過載時候壓力較高減低下降速度降低動力觸發(fā)值用較低比例的調(diào)幅器使用功率更大的焊機焊接不充分增加焊接時間和壓力采用更高比例的調(diào)幅器焊接過度減少焊接時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欠佳良好參數(shù)記錄第四十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五調(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-----工件有細長的柱子或薄片等容易振裂的,應(yīng)采用 較弱的振幅第四十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五調(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，負載表的讀數(shù)應(yīng)少于20%異常情況：負載大于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， 可見到裂痕位置第四十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五對位與行程對位焊頭、工件與底模之間的對位工件放于底模，將氣壓放掉，焊頭用力往下拉，對準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，很可能會導(dǎo)致?lián)Q能器的破壞。第四十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五壓力1.壓力過低,會延長焊接時間,使工件表面產(chǎn)生疤痕或質(zhì)量不佳2.壓力過高,會使工件破裂,使界面結(jié)合欠佳,甚至過載,而終止超聲第四十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五焊接時間與保壓時間1.過長的焊接時間,會產(chǎn)生飛邊或質(zhì)量下降,特別是嚴格密封的場合下,更要注意,2.過長的焊接時間,會使工件偏離焊接區(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、材料熔點高或材料有彈性時,要加大保壓時間。如：PP/PE等。第五十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五動力觸發(fā)器用來控制超聲波發(fā)出的時間旋鈕刻度為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1~5第五十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五一般開始參數(shù)設(shè)置時,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焊接時間:0.5S下降速度:1~5保壓時間:1S第五十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計超聲波的熔接結(jié)構(gòu)主要有兩種：1.導(dǎo)熔線2.剪切其中導(dǎo)熔線是最常用的一種結(jié)構(gòu)，也是相對比較穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)，剪切的結(jié)構(gòu)就相對比較難以控制。第五十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計——

導(dǎo)熔線 導(dǎo)熔線是在兩個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)計如下圖所示，實際應(yīng)用時可根據(jù)具體要求改變。非結(jié)晶聚合物半結(jié)晶聚合物第五十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接結(jié)構(gòu)設(shè)計——

導(dǎo)熔線導(dǎo)熔線的優(yōu)點主要有：

1.增加熔接強度

2.減少溢膠

3.減少熔接時間

4.需要較小的振幅導(dǎo)熔線的設(shè)計主要有以下幾種：第五十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五階梯型導(dǎo)熔線階梯型導(dǎo)熔線主要用于外觀上需要精確對位以及不溢膠的設(shè)計第五十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五溝槽型導(dǎo)熔線溝槽型導(dǎo)熔線主要用于雙邊不溢膠且能提供對位的功能設(shè)計，其也具備一定的防水功能。第五十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五十字交叉型導(dǎo)熔線十字交叉型導(dǎo)熔線是一組導(dǎo)熔線相互垂直交叉，能縮短熔接時間，減少熔接功率，增加熔接強度，但是容易產(chǎn)生段差及溢膠間斷式連續(xù)式第五十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五垂直墻壁型導(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。第五十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五間斷型導(dǎo)熔線間斷型導(dǎo)熔線可以減少溢膠以及焊接能量，但是會降低焊接的強度。第六十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五鑿子型導(dǎo)熔線鑿子型導(dǎo)熔線適用于壁厚較薄的零件，但是會降低焊接的強度。第六十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五咬花導(dǎo)熔面咬花導(dǎo)熔面主要用于增強熔接強度，如下圖所示第六十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五防水的導(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，密封圈第六十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五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。如圖所示第六十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五剪切型熔接面剪切型熔接的優(yōu)點：1.熔接強度高，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.熔接需要堅固的側(cè)邊墻壁支撐，不然會變形。3.需要較大的振幅及功率，只適用于小一點的工件第六十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五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，干涉量見下表第六十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接設(shè)計中應(yīng)注意的問題超聲波熔接應(yīng)避免以下的設(shè)計第六十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期五超聲波熔接設(shè)計中應(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，會很容易導(dǎo)致表面?zhèn)?。第六十八頁，共七十四頁，編輯?023年，星期