超聲波線設(shè)計(jì)

1、超聲波線設(shè)計(jì)焊接熱塑性制品的最普通的方法是超聲焊接.這種方法是采用低振幅,高頻率(超聲)振動(dòng)能量使表面和分子摩擦產(chǎn)生焊接相連墊塑性制件所需的熱量.(正弦超聲振動(dòng))超聲焊接在20-50kHz的頻率范圍內(nèi)發(fā)生,其一般振幅范圍為15-60um.在低達(dá)15kHz(較高振幅)的聲頻有時(shí)用于較大制件或較軟材料.焊接過程通常在0.5-1.5s內(nèi)發(fā)生.焊接工藝變量包括焊接時(shí)間,焊頭位置和焊接壓力.超聲焊接設(shè)備通常用來焊接中,小尺寸的熱塑性塑料制品,而很大的制品可用多點(diǎn)焊接.超聲焊接方法可根據(jù)焊接時(shí)間或焊縫位置(塌陷距離)或焊接能量控制.也對(duì)焊接壓力和冷卻時(shí)間提供附加控制.超聲焊接設(shè)備一般不是在20kHz就是在

2、40kHz頻率下運(yùn)行 .20kHz裝置更常用.接頭設(shè)計(jì):第一類即最常用的接頭類型,在被連接表面的垂直方向上利用超聲振動(dòng).對(duì)接和Z形接合歸入這一類,適用于多數(shù)聚合物.第二類超聲焊接接頭包括與接頭表面平行的振動(dòng),形成剪切狀態(tài).各種類型的剪切和嵌接歸入第二類.能量控制囂接點(diǎn)與無定形材料一起使用最佳,圖1所示較大的能量控制囂結(jié)可在一些不密閉的半結(jié)晶材料中應(yīng)用. 圖1 無定形和半結(jié)晶聚合物所用的能量導(dǎo)向囂的近似尺寸此圖所示的焊接接頭是對(duì)普通能量控制接頭設(shè)計(jì)的獨(dú)特的改進(jìn).下面式件用一個(gè)粗糙或有紋理的表面改進(jìn).將會(huì)提高焊接質(zhì)量,焊接強(qiáng)度和焊接完成的容易程度.其它許多有紋理的接頭外形也是可行.溢料問題可通過把

3、溢料污染槽引入接關(guān)設(shè)計(jì)中而降低,為安全,一般溢料槽設(shè)計(jì)至少10%的過度體積容量.緊壓接頭:為了使溢料形成的可能性最小,緊壓接頭設(shè)計(jì)的目的是阻擋熔體或?qū)⑷垠w保持在熔區(qū)內(nèi).緊壓接頭對(duì)半結(jié)晶的塑料材料如尼龍是有用的.因?yàn)榻雨P(guān)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,緊壓接關(guān)所需的制件配合公差相對(duì)嚴(yán)格.與三角能量導(dǎo)向囂焊接相比,較大的接頭結(jié)構(gòu)也需要附加振幅和焊接能量.典型的緊壓焊接幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示. 圖2 典型的超聲緊壓焊接結(jié)構(gòu)制件找平 簡(jiǎn)單對(duì)接沒有任何措施解決制件相互找平或?qū)χ?制件找平更適于用模塑定位銷或雙頭螺完成.而z形接能自動(dòng)找平,且在使用時(shí)耐拉伸且改進(jìn)了搞剪切負(fù)荷性.并能消除外部溢料. 圖3 超聲焊接工藝用的典型z開接

4、頭設(shè)計(jì)(a) 焊接前的z接頭: (b)焊接后的z形接頭:(c)改進(jìn)的 z形接頭:臺(tái)階附帶肩部掩蓋了不平性,結(jié)果使外觀改進(jìn)槽舌接合不但提供了剪切強(qiáng)度而且提供了拉伸強(qiáng)度.這種接合是自對(duì)中的,接合區(qū)域的壁厚必須相對(duì)大以適應(yīng)槽舌接合設(shè)計(jì).另外,制件公差要求相對(duì)嚴(yán).間隔加強(qiáng)筋改善了接頭找平.圖4 超聲焊接工藝用的典型槽舌接合設(shè)計(jì)剪切接頭 當(dāng)焊接半結(jié)晶聚合物（或其它難以焊接的聚合物）和需要密封接頭號(hào)時(shí)，一般推薦使 用剪切接。需要高強(qiáng)度，高質(zhì)量接碚的環(huán)形和矩形制件都用剪切接頭。剪切接頭號(hào)具有搭接制件壁部分，當(dāng)接頭被焊接和相互依次嵌入時(shí)，搭接部分產(chǎn)生公差和局部剪切。為了促進(jìn)制件找平，接頭包含了調(diào)節(jié)部分。為了集

5、中熔融能量，一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸面上降低。因?yàn)槿诨牧系臏囟仍谡麄€(gè)接觸面上保持一致，制件被焊接時(shí)，兩表面熔融均勻。深度為1.0-2.0mm的使用0.13-0.5mm范圍內(nèi)的公差值。為了防止在焊接過程中由于公差而產(chǎn)生的外部側(cè)壁翹曲，垂直的制件應(yīng)盡可能淺，但在一邊用剪切制件改進(jìn)的槽舌接頭可與較深的拉伸制件一起使用，提供中壁接頭，它使由于公差而產(chǎn)生的側(cè)壁翹曲最小。如圖5所示。（a）焊接前的部件； （b）焊接后的部件圖5典型的超聲焊接剪切接頭設(shè)計(jì)和典型的中壁組裝剪切接頭設(shè)計(jì)1-槽舌剪切接頭：有助于阻止部件向內(nèi)彎曲；2-支撐夾具：目的是在焊接過程中阻止下面部件壁向外彎曲；3-上面的部件；4-下

6、面的部件 斜坡接合 斜坡接合設(shè)計(jì)也可為無定形和半結(jié)晶聚合物提供高強(qiáng)度密封接頭。斜坡接合是自固定的且最適合小尺寸的圓形或橢圓形制件。斜坡接合的焊接能量要求很高。 圖6 超聲焊執(zhí)著用典型的斜坡接合設(shè)計(jì)（a） 斜坡接合； 改進(jìn)的斜坡接合（附加公差）1- 溢料槽；2-夾具 斜坡接合具有30-60的角且應(yīng)該在1內(nèi)裝配。為附加的熔區(qū)材料厚度增加的0.10-0.25mm的公差產(chǎn)生焊縫和溢料。當(dāng)從功能或?qū)徝郎喜荒芙邮芤缌蠒r(shí)，就使用收集器。 帶嵌入密封裝置的焊接 用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠的密封。如圖7所示接頭制件裝有一個(gè)彈性環(huán)，以改善用超聲焊接接合可達(dá)到的密封安全性，或在連續(xù)的周邊焊接不可能的情

7、況下使用。 圖7 超聲焊接制件通常需要密封接頭1- 能量導(dǎo)向器；2- 彈性密封電栓焊 超聲焊接設(shè)備也可生產(chǎn)電栓焊和銷套觸點(diǎn)焊接。在不需要密封接頭的應(yīng)用中，銷套接頭可用來連接相同的塑料材料。圖8 超聲焊接設(shè)備可形成銷孔型剪切接頭1-溢料收集器;2-焊接前;3-焊接后*超聲鉚焊 超聲焊接的變異是超聲鉚焊.即把一個(gè)熱塑性制件固定在另一個(gè)不同材料的制件上的方法.鉚釘或凸臺(tái)在底部應(yīng)該 有十分大的半徑或圓角,以防裂紋或熔融.為了集中超聲能量，凸臺(tái)的頂端應(yīng)該設(shè)計(jì)成與焊頭的初始接觸最小。凸臺(tái)頂部可以是平的或圓錐形的，半結(jié)晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。超聲鉚焊的完整性取決于鉚釘和焊頭之間的精確容量關(guān)系。圖9

8、超聲焊接設(shè)備可生產(chǎn)鉚焊或各種結(jié)構(gòu)1- 1.6mm的鉚釘；2-尖錐觸發(fā)熔融；3-14.0mm的鉚釘 標(biāo)準(zhǔn)鉚焊 直徑在1.6-4.0mm這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑料推薦使用標(biāo)準(zhǔn)外形。半球形鉚焊 直徑小于1.6mm的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對(duì)耐磨塑料是合適的。溢流式鉚焊 溢流式鉚焊用在要求表面為平的或隆起的及鎖信制件的厚度被允許使用的應(yīng)用中。空心鉚焊 直徑大于4mm的凸臺(tái)或鉚釘去芯后可生盲孔凸臺(tái)。如圖10所示 當(dāng)嚙合制件中不允許有通孔時(shí)，超聲焊接設(shè)備也能形成機(jī)械互鎖。模制塑料鉚釘（與用于鉚焊的類似）和在嚙合制件中的盲倒角可形成以公差為基礎(chǔ)（假設(shè)帶倒角的制件不融化）的真正的機(jī)械接合。

9、 圖10 用超聲焊接形成機(jī)械互鎖的示例1-帶軟化和變形鉚釘?shù)臒崴苄圆考?-具有倒角的嚙合部件；3-超聲波焊頭超聲焊接的材料因素 超聲焊接操作適合于多數(shù)熱塑性材料。l 1無定形聚合物，特別是室溫下外于玻璃態(tài)的無定形物，通常是焊接工藝的好的候選材料。玻璃態(tài)無定形聚合物具有良好的透射性能，允許用看近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)焊接技術(shù)成功焊接。當(dāng)材料較軟時(shí)，開定形材料的超聲焊接就成問題。如：焊接高沖擊ps將比焊接通用ps一般需要更多能量和附加振幅。ll 2半結(jié)晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發(fā)射的能量值（即增加振幅）；縮短焊頭/制件接觸面與接頭接口間的距離;使用近場(chǎng)超聲焊接技術(shù);使用振幅高達(dá)0.05-0

10、.15mm的焊頭.這些高焊接振幅需要使用鈦焊頭.當(dāng)需要高強(qiáng)度、密封組裝時(shí)，剪切接頭和斜坡接合對(duì)半結(jié)晶聚合物都適用。l 3焊接吸濕性聚合物：模塑后馬上焊接制件（在它們?nèi)允歉稍飼r(shí)）；焊接前干燥制件；焊接前把制件存放在干燥器內(nèi)。目前利用超聲設(shè)備焊接各種塑件已相當(dāng)普及, 產(chǎn)品包裝. 切割. 鉚埋 .壓花 .打孔.等行業(yè)是必不可缺的設(shè)備, 于是各式各樣, 各種功能的超聲焊接也應(yīng)運(yùn)而生, 應(yīng)用領(lǐng)域不同, 使用方法和對(duì)設(shè)備要求大不相同. 現(xiàn)時(shí)使用中消費(fèi)者存在很大的區(qū). 真對(duì)這些誤區(qū)加一說明! （更多精品論文，請(qǐng)瀏覽 ）1) 焊接原理上理解誤區(qū)有相當(dāng)一部分從事多年超聲焊接方面的人員. 對(duì)超聲能量地傳遞有一種誤

11、解, 認(rèn)為是音波在接觸面進(jìn)行焊接, 其實(shí)這是一種誤解, 真正的焊接原理是: 換能器把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械后, 通過工件物質(zhì)分子進(jìn)行傳導(dǎo), 聲波在固體中地傳導(dǎo)聲阻遠(yuǎn)小于在空氣中的聲阻, 當(dāng)聲波通過工件接縫時(shí), 縫隙中的聲阻大, 產(chǎn)生的熱能相當(dāng)就大. 溫度首先達(dá)到工件的容點(diǎn), 再加上一定的壓力, 使接縫熔接. 而工件的其它部分由于熱阻小, 溫度低不會(huì)熔接. 其原理同電工學(xué)中的歐姆定律類似.（ 更多精品論文http:/www.cx5380com. ）2) 工件材料誤區(qū):超聲焊接機(jī)對(duì)要焊接的工件材質(zhì)也是有要求的, 不是所有材料都能焊接, 有人理解為任何材料都可以焊接,這是一個(gè)很大的誤解. 不同種材質(zhì)之間有的

12、能更好地焊接, 有的是基本能相熔, 有的是不相熔的. 同一材料之間熔點(diǎn)是相同的, 從原理講是可以焊接的, 但是當(dāng)要焊接的工件的熔點(diǎn)大于350時(shí), 就不在適合用超聲焊接了. 因?yàn)槌暿撬查g使工件分子溶化, 判斷依據(jù)是在3秒之內(nèi), 不能良好熔接, 就應(yīng)該選擇其它焊接工藝. 如熱板焊接等. 一般來講ABS料是最容易焊接, 尼龍是最難熔接的. 具體焊接材料選擇請(qǐng)參考附表:3)焊接工件的工藝誤區(qū) 超聲能量是瞬間爆發(fā)地, 熔接處應(yīng)成點(diǎn)或線條, 以及傳遞的距離都要符合超聲焊接方式. 有人認(rèn)為只要是塑料材料, 無論怎樣接合面都可以良好地焊接, 這也是一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí). 當(dāng)瞬間能量產(chǎn)生時(shí), 接縫面積越大,能量分散越

13、嚴(yán)重, 焊接效果越差, 甚至無法焊接. 另外超聲波是縱向傳波的, 能量損失同距離成正比, 遠(yuǎn)距離焊接應(yīng)控制在6厘米以內(nèi). 焊接線應(yīng)控制在30-80絲之間為宜, 工件的臂厚不能低于2毫米, 否則不能良好熔接, 特別是要求氣密的產(chǎn)品.（更多精品論文請(qǐng)瀏覽 ）4) 超聲輸出功率誤區(qū) 超聲波輸出功率的大小, 同壓電陶瓷片的直徑和厚度、材質(zhì) 、設(shè)計(jì)工藝決定, 一但換能器定型,最大功率也就定型了, 衡量輸出能量的大小是一個(gè)復(fù)雜的過成, 不是換能器越大,電路使用功率管越多, 輸出能量就越大, 它須要相當(dāng)復(fù)雜的振幅測(cè)量?jī)x, 才能準(zhǔn)確測(cè)量其振幅, 由于大多數(shù)使用者對(duì)超聲知識(shí)太了解, 又加上某些銷售人員的誤導(dǎo),

14、給消費(fèi)者一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)識(shí). 消耗電能多少并不能反應(yīng)輸出超生功率的大小, 如產(chǎn)生縱向能量低, 而消耗電流大, 只能說明設(shè)備的效率低下. 無功功率大而宜.(更多超聲波精品論文請(qǐng)登錄)5) 超聲焊接機(jī)種選擇誤區(qū) 使用多大輸出功率, 振蕩頻率、振幅范圍，要根據(jù)工件的材料、焊線面積、工件內(nèi)是否有電子元器件、是否要?dú)饷艿纫蛩貋砜紤]。誤認(rèn)為功率越大越好。這也是一個(gè)誤解。如果對(duì)超聲不是太了解。最好請(qǐng)教正規(guī)的超聲波生產(chǎn)廠工程技術(shù)人員。有條件的話最好到廠家現(xiàn)場(chǎng)勾通，不要盲目聽從一些非正規(guī)超聲銷售人員的誤導(dǎo)。目前生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備的公司特別混雜，其中大部為家庭式作坊，對(duì)電路進(jìn)行生搬硬套仿制，對(duì)工作原理似懂非懂。仿制出的設(shè)備有

15、以下致命缺陷。其一是外買元材料品質(zhì)無法保證，其二生產(chǎn)工藝的核心技術(shù)沒有掌握。設(shè)備在中功率和大功率工作時(shí)經(jīng)常表現(xiàn)出不穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率低。有時(shí)會(huì)設(shè)備損壞。如驅(qū)動(dòng)換能器的功率變壓器，所使用的磁性材料參數(shù)無法測(cè)量，磁飽和磁通密度（Bs ） 磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bm） 、有效磁導(dǎo)率（Ue） 、剩余磁通密度（Br）、矯頑力（A/M）、損耗因數(shù)（tan）、溫度系數(shù)（au/K1），繞制工藝相當(dāng)講究，包擴(kuò)抽真空浸環(huán)氧樹質(zhì)。這些測(cè)試設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境家庭式工廠是無法做到的。所以在勾買超聲時(shí)，最好先了解一下公司情況，不要盲目聽從銷售員吹捧，也不要只看價(jià)格。只有這樣才能日后減少不必要麻煩。 6）焊模結(jié)構(gòu)的誤區(qū)超聲模具（HORN）型式多種多樣，工件的型狀決定著模具外型，但每部分的尺寸和弧度、材