超声波线设计.docx

超声波线设计焊接热塑性制品的最普通的方法是超声焊接.这种方 法是采用低振幅，高频率（超声）振动能量使表面和分子摩擦产 生焊接相连垫塑性制件所需的热量 .（正弦超声振动）超声焊接在20-50kHz 的频率范围内发生，其一般振幅范围为15-60um.在低达15kHz （较高振幅）的声频有时用 于较大 制件或较软材料.焊接过程通常在0.5-1.5S内发生.焊接工艺变量包 括焊接时间 ，焊头位置和焊接压力.超声焊接设备通常用来焊接中，小尺寸的热塑性塑料制品，而很大的制 品可用多点焊接.超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置 （塌陷距离）或焊接能量控制.也对焊接压力和冷却时间提供附加控制 .超声焊接设备一般不是在20kHz就是在40kHz频率下运 行.20kHz装置更常用.接头设计：第一类即最常用的接头类型，在被连接表面的垂 直方向上利用超声振动.对接和Z形接合归入这一类，适用于多数 聚合物.第二类超声焊接接头包括与接头表面平行的振动，形成剪 切状态.各种类型的剪切和嵌接归入第二类.能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳 ，图1所示较大的能量控制嚣结可在一些不密闭的半结晶材料中应用举寸接接^不良的举寸接接&弟殳言十 焊接畤冏遏畏 焊接能量遏大捞出焊骨舞致外^缺陷带有能量辱向嚣的 举寸接接^改出的蛆妾接赚殳言十■焊接日噩钢焊接能量奶捞出的溢料（可多附加的溢料收集嚣焊接面稹减少捞出 ■翩聚有形成品外 ■聊缺陷MPZ形接^改谁的耐剪切性有助部件定位■捞出翩聚形成外^缺陷MP卜H-I照定形聚合物半结晶聚合物尺寸小部件大部件小部件大部件hC. / -.u@典型的能量控制嚣尺寸/mm图1无定形和半结晶聚合物所用的能量导向嚣的近似尺寸' 一 | 此图所示的焊接接头是对普通能量控制接头设计的独特的改进 下|_— 面式件用一个粗糙或有纹理的表面改进将会提高焊接质量，焊接强度和焊接完成的，一 「容易程度其它许多有纹理的接头外形也是可p4"" 行'.一 •. 溢料问题可通过把溢料污染槽引入接关设计中而降低，为安全，一般溢料槽设计至少10%的过度体积容量*紧压接头：为了使溢料形成的可能性最小，紧压接头设计的目的是阻挡焰体或将焰体保持在焰区内紧压接头对半结晶的塑料材料如尼龙是有用的 因为接关结构更复杂，紧压接关所需的制件配合公差相对严格 与三角能量导向嚣焊接相比，较大的接头结构也需要附加振幅和焊接能量典型的紧压焊接几何结构如图 2所示.图2典型的超声紧压焊接结构制件找平简单对接没有任何措施解决制件相互找平或对中制件找平更适于用模塑定位销或双头螺完成 而2形接能自动找平，且在使用时耐拉伸且改进了搞剪切负荷性并能消除外部溢料滑重力^隙0,05-0.13nn或 0.20-0.64mm或 0.20-0.64mmH 3图3 超声焊接工艺用的典型z开接头设计（a）焊接前的z接头：（b）焊接后的z形接头：（c）改进的z 形接头：台阶附带肩部掩盖了不平性，结果使外观改进*槽舌接合不但提供了剪切强度而且提供了拉伸强度这种接合是自对中的，接合区域的壁厚必须相对大以适应槽舌接合设计 另外，制件公差要求相对严间隔加强筋改善了接 头找平H/3(b)焊接后的部件斜坡接2,r-i图4超声焊接工艺用的典型槽舌接合设计 *剪切接头 当焊接半结晶聚合物(或其它难以焊接的聚合物)和需要密封接头号时，一般推荐使用剪切接。

需要高强度，高质量接碚的环形和矩形制件都用剪切接头剪切接头号具有搭接制 件壁部分，当接头被焊接和相互依次嵌入时， 搭接部分产生公差和局部剪切为了促进制件找平，接头包含了调节部分 为了集中焰融能量，一边上的阻碍物的顶角在初始接触面上降低因为融化材料的温度在整个接触面上保持一致， 制件被焊接时，两表面焰融均匀深度为1・0-2・0mm的使用0・13-0・5mm范围内的公差值为了防止在焊接过程中由于公差而产生的 外部侧壁翘曲， 垂直的制件应尽可能浅，但在一边用剪切制件改进的槽舌接头可与较深的拉伸制件一起使用， 提供中壁接头，它使由于公差而产生的侧壁翘曲最小如图5所示 冏隙 C.15-D13(a)焊接前的部件；图5典型的超声焊接剪切接头设计和典型的中壁组装剪切接头设计1-槽舌剪切接头：有助于阻止部件向内弯曲； 2-支撑夹具：目的是在焊接过程中阻止下面部件壁向外弯曲；3-上面的部件；4-下面的部件*斜坡接合斜坡接合设计也可为无定形和半结晶聚合物提供高强度密封接头 合是自固定的且最适合小尺寸的圆形或椭圆形制件斜坡接合的焊接能量要求很高I图6超声焊执着用典型的斜坡接合设计(a)斜坡接合； 改进的斜坡接合(附加公差)1-溢料槽；2-夹具斜坡接合具有30 ° -60。

的角且应该在土 1 °内装配为附加的焰区材料厚度增加的0.10-0.25mm 的公差产生焊缝和溢料当从功能或审美上不能接受溢料时， 就使用收集器带嵌入密封装置的焊接 用嵌入的弹性密封圈或韧性垫圈也可获得可靠的密封 如图7所示接头制件装有一个弹性环， 以改善用超声焊接接合可达到的密封安全性， 或在连续的周边焊接不可能的情况下使用t •博部'件- 1 | ,—部'_■_- 图7超声焊接制件通常h；刃没WW . 需要密封接头注-'「一 • J 1-能量导向器；愈象■ 2-弹性密封独茎」手任'•：接相同的塑料材料'■、底同部律""•"底僧部、•件.'般的超馨金肖寓/制险丁焊接接^*电栓焊超声(0.2-0.4mm)彳翌向公焊接设备也可生产电栓焊和销套触点焊接 在不需要密封接头的应用中,-一^销套接头可用来连勿图8刁超声焊匕勿-溢料收集器；2-焊接前;3-焊接后*超声铆焊超声焊接的变异是超声铆焊即把一个热塑性制件固定在另一个不同材料的制件不融化）的真正的机械接合完成的接图10用超声焊接形成机械互锁的示例的制件上的方法 铆钉或凸台在底部应该有十分大的半径或圆角，以防裂纹或焰融 为了集中超声能量，凸 台的顶端应该设计成与焊头的初始接触最小。

凸台顶部可以是平的或圆锥形的，半结晶或填充的聚合物以圆锥形的较佳超声铆焊的完整性取决于铆钉和焊头之间的精确容量关 系图9超声焊接设备可生产铆焊或各种结构1- 0仝1・6mm的铆钉；2-尖锥触发熔融；3- $仝14・0mm的铆钉*标准铆焊 直径在1.6-4.0mm这间的平头铆钉冈U性和柔性的不耐磨热塑性塑料推荐使用标准外形半球形铆焊 直径小于1.6mm的铆钉建议用在半球形铆焊上对耐磨塑料是合适的溢流式铆焊 溢流式铆焊用在要求表面为平的或隆起的及锁信制件的厚度被允许使用的应用中空心铆焊 直径大于4mm的凸台或铆钉去芯后可生盲孔凸台如图10所示当啮合制件中不允许有通孔时，超声焊接设备也能形成机械互锁模制塑料铆钉（与用于 铆焊的类似）和在啮合制件中的盲倒角可形成以公差为基础 （假设带倒角1-带软化和变形铆钉的热塑性部件；2-具有倒角的啮合部件；3-超声波焊头*超声焊接的材料因素 超声焊接操作适合于多数热塑性材料1无定形聚合物，特别是室温下外于玻璃态的无定形物，通常是焊接工艺的好的候 选材料玻璃态无定形聚合物具有良好的透射性能，允许用看近场和远场焊接技术 成功焊接当材料较软时，开定形材料的超声焊接就成问题。

如：焊 接高冲击ps 将比焊接通用ps 一般需要更多能量和附加振幅2半结晶聚合物一般更难用超声能量焊接.增加由焊接体系发射的能量值（即增 加振幅）；缩短焊头/制件接触面与接头接口间的距离；使用近场超声焊接技 术； 使用振幅高达0.05-0.15mm的焊头・这些高焊接振幅需要使用钛焊头・当需要 高强度、密封组装时，剪切接头和斜坡接合对半结晶聚合物都适用3焊接吸湿性聚合物：模塑后马上焊接制件（在它们仍是干燥时）；焊接前干燥制件；焊接 前把制件存放在干燥器内目前利用超声设备焊接各种塑件已相当普及，产品包装.切割.聊埋.压花.打孔. 等行业是必不可缺的设备，于是各式各样，各种功能的超声焊接也 应运而生，应用领 域不同，使用方法和对设备要求大不相同.现时使用中消费者存在很大的区.真对这 些误区加一说明！（更多精品论文，请浏览 ）1）焊接原理上理解误区有相当一部分从事多年超声焊接方面的人员.对超声能量地传递有一种误解，认 为是音波在接触面进行焊接，其实这是一种误解，真正的焊接原理是：换能器把电能 转换为机械后，通过工件物质分子进行传导，声波在固体中地传 导声阻远小于在空气 中的声阻，当声波通过工件接缝时，缝隙中的声阻大，产 生的热能相当就大.温度首 先达到工件的容点，再加上一定的压力，使接缝焰 接.而工件的其它部分由于热阻 小，温度低不会焰接.其原理同电工学中的欧姆定律类似.（更多精品论文 http://www.cx5380com.）2）工件材料误区：超声焊接机对要焊接的工件材质也是有要求的，不是所有材料都能焊接，有人理 解为任何材料都可以焊接，这是一个很大的误解.不同种材质之间有的能更好地焊 接，有的是基本能相焰，有的是不相焰的.同一材料之间焰点是相同的，从原理讲是 可以焊接的，但是当要焊接的工件的焰点大于350°C时，就不在适合用超声焊接了 . 因为超声是瞬间使工件分子溶化，判断依据是在3秒之内，不能良好焰接，就应该选 择其它焊接工艺.如热板焊接等.一般来讲ABS料是最容易焊接，尼龙是最难焰接 的.具体焊接材料选择请参考附表：3） 焊接工件的工艺误区超声能量是瞬间爆发地，焰接处应成点或线条，以及传递的距离都要符合超 声焊接方式.有人认为只要是塑料材料，无论怎样接合面都可以良好地焊接,这也是 一个错误认识.当瞬间能量产生时，接缝面积越大，能量分散越严重，焊接效果越差，甚至无法焊接.另外超声波是纵向传波的，能量损失同距离成正比，远距离焊接 应控制在6厘米以内.焊接线应控制在30 80丝之间为宜，工件的臂厚不能低于2毫米，否则不能良好焰接，特别是要求气密的产品.（更多精品论文请浏览 ）4）超声输出功率误区超声波输出功率的大小，同压电陶瓷片的直径和厚度、材质、设计工艺决定, 一但换能器定型，最大功率也就定型了，衡量输出能量的大小是一个复杂的过成，不 是换能器越大，电路使用功率管越多，输出能量就越大，它须要相当复杂的振幅测量 仪，才能准确测量其振幅，由于大多数使用者对超声知识太了解，又加上某些销售人 员的误导，给消费者一个错误认识.消耗电能多少并不能反应输出超生功率的大小， 如产生纵向能量低，而消耗电流大，只能说明设备的效率低下.无功功率大而宜.（更多超声波精品论文请登录 ）5）超声焊接机种选择误区使用多大输出功率，振荡频率、振幅范围，要根据工件的材料、焊线面积、 工件内是否有电子元器件、是否要气密等因素来考虑。

误认为功率越大越好这 也是一个误解如果对超声不是太了解最好请教正规的超声波生产厂工程技术人 员有条件的话最好到厂家现场勾通，不要盲目听从一些非正规超声销售人员的误 导目前生产相关设备的公司特别混杂，其中大部为家庭式作坊，对电路进行生 搬硬套仿制，对工作原理似懂非懂仿制出的设备有以下致命缺陷其一是外买 元材料品质无法保证，其二生产工艺的核心技术没有掌握。