超声波焊接工艺过程控制要点共78页

超声波熔接的优点
➢ 1.节能环保 ➢ 2.无需装备散烟散热的通风装置 ➢ 3.成本低,效率高 ➢ 4.容易实现自动化生产 ➢ 5.焊接强度高，粘接牢固 ➢ 6.焊点美观，可实现无缝焊接，防潮防水，气密性好
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超声波熔接的工作原理
➢ 超声波熔接装置是通过一个电晶体功能设备将当前 50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供 应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动 能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波熔接机的 焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种 声学装置！！ 振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使 塑胶熔化， 振动会在熔融状态物质到达其介面时停止， 短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子 键， 整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强 度却接近是一块连着的材料。
超声波熔接夹具---底模 (Fixture)
➢ 在焊接时需要对下面的工件进行固定及支撑，这 也是非常重要的。固定的夹具称之为底模。
➢ 底模的设计主要要考虑以下几点： ➢ 1.工件吻合 这就要求定位准确且牢固，使得
工件在焊接的过程中不会移动
➢ 2.工件支撑要求支撑稳固，不然振幅会被消弱 ➢ 3.定位及取放方便缩短工作时间，提高生产率 ➢ 4.其它特殊要求
➢ 以方便取放工件为宜
➢切记不能将焊头直接接触底模或底板的金 属等硬质材料，很可能会导致换能器的破 坏。
压力
➢ 1.压力过低,会延长焊接时间,使工件表面产生疤痕 ➢ 或质量不佳 ➢ 2.压力过高,会使工件破裂,使界面结合欠佳, ➢ 甚至过载,而终止超声
焊接时间与保压时间
➢ 1.过长的焊接时间,会产生飞边或质量下降,特别 是严格密封的场合下,更要注意,
超声波熔接的工作原理
➢ 如下图所示，振动能量从焊头传递到工件，工件之间的摩擦 产生的热量将工件源自文库接面熔化，从而焊接成一体。
焊头 HORN
振动能 工件
熔合
超声波熔接的工作原理
超声波熔接机的工作原理示意图
超声波熔接机工作原理图
换能器 电源 调幅器
焊头
超声波熔接适用的材料
➢ 哪些材料可以用超声波来焊接呢? ➢ 由超声波的工作原理我们可以知道，超声波的实际功率并不大，工作时间
20KHz = 0.02mm
➢
30KHz = 0.015mm
➢
40KHz = 0.01mm
影响超声波熔接能量的因素(焊 头)
➢ 焊头通常是一个半波长的共振金属块，将振动能量传递到 工件上
➢ 焊头的材料一般选择钛合金，铝合金以及钢铁
➢ 焊头还可以根据需要进行以下的处理：
➢
高碳钢嵌入
➢
阳极处理
➢
镀铬
影响超声波熔接能量的因素(振 幅)
➢ 4.振幅 过
振幅的变化因素比较多，就一般来说，振幅的调整可以通
➢
调幅器和焊头的设计来达到
➢ 5.时间 越大
我们可以调整焊接机的焊接时间，时间越长，焊接的能量
➢ 6.保压时间 保压时间是在塑料熔化之后的保持气压的时间，时间越长，
➢
形成的焊点越稳定，变形越小
影响超声波熔接能量的因素
➢ 让我们回顾一下之前的超声波熔接机的工作原理图。
影响超声波熔接能量的因素
➢ 由前面的公式中我们可以看到影响超声波熔接的能量的因素有哪些。其具体表现 有哪些呢？
➢ 1.气压 大
我们可以通过调压阀来调整，一般来说气压越大，能量越
➢ 2.下降速度 超声波熔接机上有相应的旋钮，一般来说，下降速度越大，
➢
能量越大
➢ 3.频率
超声波熔接机器都有固定的频率，频率越大，能量越大
调幅器的选择
➢ 焊接面积-----面积越大,需要振幅越高 ➢ 工件材料-----PP/PE/尼龙等较难焊的晶型树脂,
需要的振幅较高 ➢ 工件构造-----工件有细长的柱子或薄片等容易振
裂的,应采用较弱的振幅
调谐器的选择
➢ 能源供应部份必须调谐得与换能器、调幅器、焊 头的每种组合相配合
➢ 正常情况：测试时，负载表的读数应少于20%
➢ 异常情况：负载大于20%
➢ 应检查： A焊头是否锁紧？
➢
B连接螺杆是否完好？
➢
C连接面是否清洁？
➢
D焊头是否有裂痕（用油涂于表面，测
试音波时，可见到裂痕位置
对位与行程
➢对位
➢ 焊头、工件与底模之间的对位 ➢ 工件放于底模，将气压放掉，焊头用力往下拉，对准接触面 ➢ 然后将底模在底板上固定好
➢行程
短，所以产生的热量有限，所以一般只适用于一些熔点较低(400℃ 以下) 的材料。主要以热塑性的聚合物即塑料为主。我们主要了解一下各种塑料 的熔接特性。一般来说，聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越 多。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。
影响超声波熔接能量的因素
什么是超声波熔接
➢
超声波熔接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来
装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被
运用的塑胶制品与之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结
及其它非塑胶材料之间的粘结！它取代了溶剂粘胶机械坚固
及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波熔接不但
有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。
➢ 2.过长的焊接时间,会使工件偏离焊接区、表面熔 化或破裂，
➢ 特别是有孔部位、模合线上或头角处。 ➢ 3.一般0.3S~0.5S,在有弹力装置、材料熔点高或
材料有弹性时,要加大保压时间。如：PP/PE等。
动力触发器
➢ 用来控制超声波发出的时间 ➢ 旋钮刻度为1~23,刻度越大,压力越大,范围67N~734N ➢ 除非要克服变形或需要压缩(弹簧、膜片、密封件）的元
超声波熔接机工作原理图
换能器 电源 调幅器
焊头
影响超声波熔接能量的因素(频 率)
➢ 换能器 Converter
➢ 作用:将电能转换成机械能
➢ 组成:陶瓷晶片和传动头
➢ 原理:电流经过换能器，令换能器内产生电磁振荡，再经 过压电陶瓷片，令压电陶瓷片产生振动，振动经过金属头， 传到调幅器
➢ 表面振幅:
件， ➢ 使用较高的触发压力外，一般都使用较低的触发压力1~5
超声波熔接结构设计
➢ 超声波的熔接结构主要有两种： ➢ 1.导熔线 Energy Director ➢ 2.剪切 Shear ➢ 其中导熔线是最常用的一种结构，也是相对比较稳定的一