超声波焊接线的设计和影响焊接的因素

超音波熔接线的设计

人耳最高只能感觉到大约20000Hz的声波，频率更高的声波就是超声波
简单的说，声波的范围大于2×104Hz的声波叫超声波。
超声波塑胶焊接原理是由发生器产生20KHZ（或15KHZ）的高压、高频信号、通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工件表面及内在分子件的摩擦而使传处到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接。
利用超声波的机械作用可进行超声焊接、钻孔、除尘。利用超声的空化作用可用来使油水混合物乳化，使一些在常温常压下不能发生的化学反应得以进行。利用超声的方向性好可进行超声探测定位。利用超声的穿透和反射性能进行固体的超声探伤，研究物质的内部结构。还可以利用超声波的生物作用，进行种子处理使农业增产，也可以进行超声治疗一些人类的疾病。
应用领域： 　　 用于热塑性塑料的焊接，通过更换焊头也可用于镶嵌、铆接、点焊、嵌边等加工工艺，适用于电子业、文具业、交通器材、食品业、化妆业、电机业、家电业、玩具业等。例如塑料打火机、圣诞灯插头、高跟鞋底等各种异型较硬...
较大工件或不规则工件的熔接，例如尼龙、PP、PE、注塑件：车用碳罐、车灯、蓄电池、滤清器、保险杠以及吸尘器、浮球等的熔接。 　
超音波熔接技术，是一个比较新的塑料制品熔接组装技术，
1。它对于超音线的截面设计，以及熔接部位总体积，相对于整个产品的体积的比例。
2。目前超音波熔接对超音机的调机技术，以及超音波操作者的细心程度都有很大的依赖性。

超声波焊接的工艺
焊接：
指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时，
固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料，
只要产品的接合面设计得匹配，
完全密封是绝对没有什么问题的，

碟合：
熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。
嵌入：
将一个金属元件嵌入塑料产品的预留孔内。
具有强度高，成型周期短安装快速的优点！！
类似于模具设计中的嵌件！
弯曲/生成
音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。这种方式的优势在于处理的快速，较小的内压，良好的外观及对材料本性的克服。
点 悍
点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。点焊也能产生一个强有力的粘合构造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或浇注的热塑塑料以及那些结构复杂、难以进入接合面的产品。
剪 切
切和封口一些有序与无序的热塑材料的超音波工艺。用这种方法密封的边缘不开裂，且没有毛边、卷边现象。
纺织品/胶片的密封 纺织品品及一些胶片的密封也可用到超音波。它可对胶片实行紧压合，还可对纺织品进行整洁的局部剪切与密封。缝合的同时也起到了装饰的作用。
聚合物：热塑性与热固性
将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。
影响超音波焊接的因素
说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度）、化学结构。
聚合物结构
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 及至流动的温度（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，能吸收部分高频机械振动。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）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定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迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（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。
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.
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。
 超声波工作原理:
热可塑性胶的超声波加工,是利用工作接面间高频率的磨擦而使分子间急速产生热量,当此热量足够熔化工作时,停止超声波发振,此时工件接面由熔接而固化,完成加工程序. 通常用于塑胶加工的频率有20KHZ和15KHZ,其中20KHZ是在人类听觉之外,故称为超声波.但15KHZ仍在人类听觉范围之内.
超声波机构原理:
将220V 60HZ转变为15KHZ(或20KHZ)之高压电能,利用振动子转换成机械能.如此的机械振动,经由传动子,焊头传至加工物,并利用空气压力,产生工作接面之磨擦效果.振动子和传动子装置在振筒内,外接焊头,利用空气系统和控制回路,在事先设定之条件下升降,以完成操作程序.
影响超声波加工之因素:
1.塑胶才质
2.导能点的设计
3.校模的准确性4.工件周围之温度
5.焊头之设计
6.焊头的按振幅
7.底座的设计支撑
8.接触面或交面的设计
9.工作物的外形和尺寸
10.侧壁和交面的水平厚度
11.表面清洁与处理(如烤漆或电渡)
12.传送到工件物上的能量
13.不同材质塑胶的调合性
14.内外在的阻尼因素,如治具底座或内装物之阻碍.
 

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