超声波焊接工艺ppt课件
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超声波熔接工艺 Ultrasonic Welding
Technology
1
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
❖ 4.成型 Swaging/Forming
❖ 5.点焊 Spot welding
❖ 6.切除 Degating
❖ 7.其它用途
Others
12
铆接-Staking
13
标准铆接方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-Standard Profile Stake
14
圆盖铆接方式-Dome Stake
15
咬花成型铆接方式-Knurled Stake
超声波熔接机器都有固定的频率，频率越大，能量越大
❖ 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
34
复合式焊头-Composite Horn
35
加装压板的焊头-Plunger On Horn
36
真空焊头-Vaccum Horn
37
切削焊头-Cutting Horn
38
影响超声波熔接能量的因素(振幅)
39
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。
26
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。
超声波熔接机工作原理图
换能器 电源 调幅器
焊头
27
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
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
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
3
超声波熔接的工作原理
24
影响超声波熔接能量的因素
25
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
焊头(Horn)
31
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
32
雕刻成型焊头-Contour Machined Horn
33
全波长焊头-Full Wave Horn
❖ 其它： ❖ Herrmann ❖ Rinco ❖ Sonitek ❖ Dukane
Branson
8
常用的超声波熔接机(3000W以下)
9
常用的超声波熔接机(3000W以上)
10
常用的超声波熔接机(多头)
11
超声波熔接技术的应用
❖ 1.熔接 Welding
❖ 2.铆接 Staking
❖ 3.埋植 Insertion
❖ 底模的设计主要要考虑以下几点：
❖ 1.工件吻合 焊接的过
这就要求定位准确且牢固，使得工件在
❖
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
40
底模1
❖ 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。
4
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 产生的热量将工件熔接面熔化，从而焊接成一体。
焊头 HORN
振动能 工件
5
熔合
超声波熔接的工作原理
6
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
7
常用的超声波熔接机介绍
❖No.1 美国必能信公司
16
平头铆接方式-Flush Stake
17
中空铆接方式-Hollow Stake
18
高压铆接方式-High Pressure Stake
19
埋植-Insertion
20
成型-Swaging/Forming
21
点焊-Spot Welding
22
切除-Degating
23
超声波熔接适用的材料
❖ 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。
❖ 表面振幅:
20KHz = 0.02mm
❖
30KHz = 0.015mm
❖
40KHz = 0.01mm
28
换能器的工作原理—磁伸缩
磁伸缩( Magnetostrictive Principle )
29
影响超声波熔接能量的因素(调幅器)
调幅器(Booster)
30
影响超声波熔接能量的因素(焊头)
超声波熔接工艺 Ultrasonic Welding
Technology
1
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
❖ 4.成型 Swaging/Forming
❖ 5.点焊 Spot welding
❖ 6.切除 Degating
❖ 7.其它用途
Others
12
铆接-Staking
13
标准铆接方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ-Standard Profile Stake
14
圆盖铆接方式-Dome Stake
15
咬花成型铆接方式-Knurled Stake
超声波熔接机器都有固定的频率，频率越大，能量越大
❖ 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
34
复合式焊头-Composite Horn
35
加装压板的焊头-Plunger On Horn
36
真空焊头-Vaccum Horn
37
切削焊头-Cutting Horn
38
影响超声波熔接能量的因素(振幅)
39
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。
26
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。
超声波熔接机工作原理图
换能器 电源 调幅器
焊头
27
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
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
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
3
超声波熔接的工作原理
24
影响超声波熔接能量的因素
25
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
焊头(Horn)
31
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
32
雕刻成型焊头-Contour Machined Horn
33
全波长焊头-Full Wave Horn
❖ 其它： ❖ Herrmann ❖ Rinco ❖ Sonitek ❖ Dukane
Branson
8
常用的超声波熔接机(3000W以下)
9
常用的超声波熔接机(3000W以上)
10
常用的超声波熔接机(多头)
11
超声波熔接技术的应用
❖ 1.熔接 Welding
❖ 2.铆接 Staking
❖ 3.埋植 Insertion
❖ 底模的设计主要要考虑以下几点：
❖ 1.工件吻合 焊接的过
这就要求定位准确且牢固，使得工件在
❖
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
40
底模1
❖ 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。
4
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 产生的热量将工件熔接面熔化，从而焊接成一体。
焊头 HORN
振动能 工件
5
熔合
超声波熔接的工作原理
6
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
7
常用的超声波熔接机介绍
❖No.1 美国必能信公司
16
平头铆接方式-Flush Stake
17
中空铆接方式-Hollow Stake
18
高压铆接方式-High Pressure Stake
19
埋植-Insertion
20
成型-Swaging/Forming
21
点焊-Spot Welding
22
切除-Degating
23
超声波熔接适用的材料
❖ 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。
❖ 表面振幅:
20KHz = 0.02mm
❖
30KHz = 0.015mm
❖
40KHz = 0.01mm
28
换能器的工作原理—磁伸缩
磁伸缩( Magnetostrictive Principle )
29
影响超声波熔接能量的因素(调幅器)
调幅器(Booster)
30
影响超声波熔接能量的因素(焊头)