超声波焊接的原理及应用(谷风参考)
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经验学习
超声波焊接的机理
❖ 初始温度的影响
13
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 初始产热源
14
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 产热机理
15
经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接机理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
16
经验学习
超声波焊接的工艺参数
❖一、材料选择
❖ 热塑性vs热固性 ❖ 非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递） ❖ 能量传递特性（近场与远场） ❖ 吸湿性（PC、PA）
3
工艺条件
4
实际应用
5
前景展望
32
经验学习
超声波焊接的前景展望
❖ (1) 研究焊接区域的状态，包括熔融区结晶度、取向 程度、化学组分等，深入研究超声波焊接机理
❖ (2) 完善焊接质量的检测手段，尤其是完善实时跟踪 监测方法
❖ (3) 模拟焊接过程焊接区域温度、应力变化规律，为 实验起指导作用
❖ (4) 研究新的导能机构和连接层材料，扩大焊接技术 的应用范围
❖ 国外在1960年开始应用超声波焊接技术 ❖ 优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏、
非焊接区域不发热，易实现自动化等优点, 已 被广泛用于同种材料或不同材料之间的连接。 ❖溶剂粘敷:连接物表面需要处理, 不但费时, 还 易造成外观粗糙。 ❖热融接法:焊接质量极差, 工件外观易变形, 尤 其是当产品要求密封性好时, 废品率极高。
经验学习
超声波焊接的应用
❖ 汽车炮筒式仪表
29
经验学习
超声波焊接的应用
❖ 聚合物微器件的超声波焊接键合
30
经验学习
超声波焊接的应用
❖ 燃气表装配工艺改进 ❖单台燃气表成本合计下降2.36 元, 按年产20
万台燃气表计算, 总零部件成本下降472000 元
31
经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
超声波焊接的机理
❖Menges 等人认为热主要来自材料内部的摩擦 而非界面摩擦
❖Tolunary 等人通过实验发现试件内部质点的 热主要来自材料的粘性耗散
❖Benatar 等人利用DMA方法（动态力学测试） 测试了低频下材料的动态模量,基于“时温等 效性原理”平移并外推得到了高频(20kHz) 下 材料的动态模量。
展，张宗波 ❖ 【10】超声波焊接技术在汽车炮筒式仪表上的创新应用，魏鹿义 ❖ 【10】超声波焊接技术在燃气表装配领域的应用，吕洪彬
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LOGO
经验学习
欢迎提问！
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8
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 提出了摩擦生热是启动热源，粘弹热是主 要热源的产热机理。
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经验学习
超声波焊接的机理
❖ 静态松弛模量，Maxwell模型，10阶Prony级数
10
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 动态粘弹性 ❖ 时温等效原理
❖ DMA温度谱
11
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 应变能与周期温升
❖ 早期的理论：当塑料工件表面产生超声波振 动时, 接触表面因摩擦而温度升高实现焊接, 非焊接面没有摩擦, 温度也不会升高。
❖Frankel 等人将之等效为从接触界面到材料 内部的一维热传导问题。
❖试验发现在材料的玻璃点转变温度Tg 附近
有温升率增大的现象,而给出的模型并不能 与之很好的吻合。
7
经验学习
4
经验学习
超声波焊接的基本概念
❖ 过程：在超声波振动 能的作用下,焊接线首 先开始熔化,熔体在压 力作用下向被焊产品 上下表面铺展,,当停止 超声后, 温度降下来熔 融塑料凝固从而使被 焊产品连接在一起。
5
经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接机理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
6
经验学习
超声波焊接的机理
瓶盖、洗碗机水轮、塑料假鱼饵、充电器外壳 和手机吊带的焊接、一次打火机外壳。 ❖材料范围：ABS 塑料、AEC塑料、AMMA塑 料、ABA塑料、ARS塑料、AS塑料、PS塑料、 PP塑料、PC塑料、PE、PVC、POM等
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经验学习
超声波焊接的应用
❖ 汽车PC转向灯和PMMA/ABS反射器灯具
28
❖ PC，PS，SAN，ABS，PMMA
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖二、设备参数
❖ 振幅
❖ 焊接时间
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 制品厚度
❖ 焊接压力
19
经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖三、焊线设计
❖ 能量引导
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 焊件自准
❖ (5) 建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系 规律，减少实验次数，降低成本。
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经验学习
参考文献
❖ 【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶 ❖ 【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健 ❖ 【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全 ❖ 【4】超声波塑料焊接机理，张宗波 ❖ 【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强 ❖ 【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳 ❖ 【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann ❖ 【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮 ❖ 【9】塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 特殊焊接设计
23
经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 点焊
❖ 铆焊
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经验学习wk.baidu.com
超声波焊接的工艺条件
❖ 凸缘连接焊
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经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
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经验学习
超声波焊接的应用
❖ 应用领域：医械、包装、汽配、渔具等行业 ❖ 产品：汽车、服装、塑料玩具自封袋、塑料酒
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高分子材料 超声波焊接技术
分1 黄浩
经验学习
1
经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
2
经验学习
超声波焊接的基本概念
❖ 超声波焊接是利用高 频振动波传递到两个 需焊接的物体表面, 在加压的情况下,使 两个物体表面相互摩 擦而形成分子层之间 的熔合。
3
经验学习
超声波焊接的基本概念
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 初始温度的影响
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经验学习
超声波焊接的机理
❖ 初始产热源
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经验学习
超声波焊接的机理
❖ 产热机理
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经验学习
内容提要
1
基本概念
2
焊接机理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
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经验学习
超声波焊接的工艺参数
❖一、材料选择
❖ 热塑性vs热固性 ❖ 非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递） ❖ 能量传递特性（近场与远场） ❖ 吸湿性（PC、PA）
3
工艺条件
4
实际应用
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前景展望
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经验学习
超声波焊接的前景展望
❖ (1) 研究焊接区域的状态，包括熔融区结晶度、取向 程度、化学组分等，深入研究超声波焊接机理
❖ (2) 完善焊接质量的检测手段，尤其是完善实时跟踪 监测方法
❖ (3) 模拟焊接过程焊接区域温度、应力变化规律，为 实验起指导作用
❖ (4) 研究新的导能机构和连接层材料，扩大焊接技术 的应用范围
❖ 国外在1960年开始应用超声波焊接技术 ❖ 优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏、
非焊接区域不发热，易实现自动化等优点, 已 被广泛用于同种材料或不同材料之间的连接。 ❖溶剂粘敷:连接物表面需要处理, 不但费时, 还 易造成外观粗糙。 ❖热融接法:焊接质量极差, 工件外观易变形, 尤 其是当产品要求密封性好时, 废品率极高。
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超声波焊接的应用
❖ 汽车炮筒式仪表
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超声波焊接的应用
❖ 聚合物微器件的超声波焊接键合
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超声波焊接的应用
❖ 燃气表装配工艺改进 ❖单台燃气表成本合计下降2.36 元, 按年产20
万台燃气表计算, 总零部件成本下降472000 元
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内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
超声波焊接的机理
❖Menges 等人认为热主要来自材料内部的摩擦 而非界面摩擦
❖Tolunary 等人通过实验发现试件内部质点的 热主要来自材料的粘性耗散
❖Benatar 等人利用DMA方法（动态力学测试） 测试了低频下材料的动态模量,基于“时温等 效性原理”平移并外推得到了高频(20kHz) 下 材料的动态模量。
展，张宗波 ❖ 【10】超声波焊接技术在汽车炮筒式仪表上的创新应用，魏鹿义 ❖ 【10】超声波焊接技术在燃气表装配领域的应用，吕洪彬
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超声波焊接的机理
❖ 提出了摩擦生热是启动热源，粘弹热是主 要热源的产热机理。
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超声波焊接的机理
❖ 静态松弛模量，Maxwell模型，10阶Prony级数
10
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 动态粘弹性 ❖ 时温等效原理
❖ DMA温度谱
11
经验学习
超声波焊接的机理
❖ 应变能与周期温升
❖ 早期的理论：当塑料工件表面产生超声波振 动时, 接触表面因摩擦而温度升高实现焊接, 非焊接面没有摩擦, 温度也不会升高。
❖Frankel 等人将之等效为从接触界面到材料 内部的一维热传导问题。
❖试验发现在材料的玻璃点转变温度Tg 附近
有温升率增大的现象,而给出的模型并不能 与之很好的吻合。
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4
经验学习
超声波焊接的基本概念
❖ 过程：在超声波振动 能的作用下,焊接线首 先开始熔化,熔体在压 力作用下向被焊产品 上下表面铺展,,当停止 超声后, 温度降下来熔 融塑料凝固从而使被 焊产品连接在一起。
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内容提要
1
基本概念
2
焊接机理
3
工艺条件
4
当前应用
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总结展望
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超声波焊接的机理
瓶盖、洗碗机水轮、塑料假鱼饵、充电器外壳 和手机吊带的焊接、一次打火机外壳。 ❖材料范围：ABS 塑料、AEC塑料、AMMA塑 料、ABA塑料、ARS塑料、AS塑料、PS塑料、 PP塑料、PC塑料、PE、PVC、POM等
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超声波焊接的应用
❖ 汽车PC转向灯和PMMA/ABS反射器灯具
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❖ PC，PS，SAN，ABS，PMMA
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超声波焊接的工艺条件
❖二、设备参数
❖ 振幅
❖ 焊接时间
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 制品厚度
❖ 焊接压力
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖三、焊线设计
❖ 能量引导
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 焊件自准
❖ (5) 建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系 规律，减少实验次数，降低成本。
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参考文献
❖ 【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶 ❖ 【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健 ❖ 【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全 ❖ 【4】超声波塑料焊接机理，张宗波 ❖ 【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强 ❖ 【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳 ❖ 【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann ❖ 【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮 ❖ 【9】塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进
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经验学习
超声波焊接的工艺条件
❖ 特殊焊接设计
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超声波焊接的工艺条件
❖ 点焊
❖ 铆焊
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超声波焊接的工艺条件
❖ 凸缘连接焊
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内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
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超声波焊接的应用
❖ 应用领域：医械、包装、汽配、渔具等行业 ❖ 产品：汽车、服装、塑料玩具自封袋、塑料酒
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高分子材料 超声波焊接技术
分1 黄浩
经验学习
1
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内容提要
1
基本概念
2
焊接原理
3
工艺条件
4
当前应用
5
总结展望
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经验学习
超声波焊接的基本概念
❖ 超声波焊接是利用高 频振动波传递到两个 需焊接的物体表面, 在加压的情况下,使 两个物体表面相互摩 擦而形成分子层之间 的熔合。
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经验学习
超声波焊接的基本概念