《超声波熔接工艺.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超声波熔接工艺.（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、v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。 什么是超声波熔接 超声波熔接的优点 v 1.节能环保 v 2.无需装备散烟散热的通风装置 v 3.成本低,效率高 v 4.容易实现自动化生产 v 5.焊接强度高，粘接牢固 v 6.焊点美观，可实现无缝焊接，防潮防水，气密性好 超声波熔接的工作原理 v超声波熔接装置是通过一个电晶体功能
2、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。 超声波熔接的工作原理 v 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
3、体。 焊头 HORN 工件 熔合 振动能 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 电源 换能器 调幅器 焊头 常用的超声波熔接机介绍 vNo.1 美国必能信公司Branson v 其它： v Herrmann v Rinco v Sonitek v Dukane 常用的超声波熔接机(3000W 以下) 常用的超声波熔接机(3000W 以上) 常用的超声波熔接机(多头) 超声波熔接技术的应用 v 1.熔接Welding v 2.铆接Staking v 3.埋植Insertion v 4.成型Swaging/Forming v 5.点焊Spot welding
4、v 6.切除Degating v 7.其它用途Others 铆接-Staking 标准铆接方式-Standard Profile Stake 圆盖铆接方式-Dome Stake 咬花成型铆接方式-Knurled Stake 平头铆接方式-Flush Stake 中空铆接方式-Hollow Stake 高压铆接方式-High Pressure Stake 埋植-Insertion 成型-Swaging/Forming 点焊-Spot Welding 切除-Degating 超声波熔接适用的材料 v 哪些材料可以用超声波来焊接呢? v 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
5、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。 影响超声波熔接能量的因素 影响超声波熔接能量的因素 v 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？ v 1.气压 我们可以通过调压阀来调整，一般来说气压越大，能量越 大 v 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， v能量越大 v 3.
6、频率超声波熔接机器都有固定的频率，频率越大，能量越大 v 4.振幅振幅的变化因素比较多，就一般来说，振幅的调整可以通 过 v调幅器和焊头的设计来达到 v 5.时间我们可以调整焊接机的焊接时间，时间越长，焊接的能量 越大 v 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， v形成的焊点越稳定，变形越小 影响超声波熔接能量的因素 v 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 电源 换能器 调幅器 焊头 影响超声波熔接能量的因素(频 率) v 换能器Converter v 作用:将电能转换成机械能 v 组成:陶瓷晶片和传动头 v 原理:电流经过换能器，
7、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 v 表面振幅:20KHz = 0.02mm v 30KHz = 0.015mm v 40KHz = 0.01mm 换能器的工作原理磁伸缩 磁伸缩( Magnetostrictive Principle ) 影响超声波熔接能量的因素(调 幅器) 调幅器(Booster) 影响超声波熔接能量的因素(焊 头) 焊头(Horn) 影响超声波熔接能量的因素(焊 头) v 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 v 焊头的材料一般选择钛合金，铝合金以及钢铁 v 焊头还可以根据需要进行以下的处
8、理： v高碳钢嵌入 v阳极处理 v镀铬 雕刻成型焊头-Contour Machined Horn 全波长焊头-Full Wave Horn 复合式焊头-Composite Horn 加装压板的焊头-Plunger On Horn 真空焊头-Vaccum Horn 切削焊头-Cutting Horn 影响超声波熔接能量的因素(振 幅) 超声波熔接夹具-底模 (Fixture) v 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。 v 底模的设计主要要考虑以下几点： v 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 v程中不会移动 v 2.工件支撑要求
9、支撑稳固，不然振幅会被消弱 v 3.定位及取放方便缩短工作时间，提高生产率 v 4.其它特殊要求 底模1 底模2 超声波熔接机参数调校 v 以BRANSON 8800机型例 v 基本调整程序如下 调幅器选择 焊头调谐 焊头工件底模之间的校准 调整：焊接压力 焊接时间 保压时间 调整：行程速度 下降时间 机械式止动器 被焊工件 负载监控表 过载 负载 20%至95% 过载时候 压力较高 减低下降速度 降低动力触发值 用较低比例的调幅器 使用功率更大的焊机 焊接不充分 增加焊接时间和压力 采用更高比例的调幅器 焊接过度 减少焊接时间或降低压力 采用较低比例的调幅器 工件的检查或试验 欠佳良好 参数
10、记录 调幅器的选择 v 焊接面积-面积越大,需要振幅越高 v 工件材料-PP/PE/尼龙等较难焊的晶型树脂,需要的振 幅较高 v 工件构造-工件有细长的柱子或薄片等容易振裂的,应 采用 v 较弱的振幅 调谐器的选择 v 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 v 正常情况：测试时，负载表的读数应少于20% v 异常情况：负载大于20% v 应检查：A焊头是否锁紧？ vB连接螺杆是否完好？ vC连接面是否清洁？ vD焊头是否有裂痕（用油涂于表面，测试音波 时， v可见到裂痕位置 对位与行程 v对位 v 焊头、工件与底模之间的对位 v 工件放于底模，将气压放掉，焊头用力往下
11、拉，对准接触面 v 然后将底模在底板上固定好 v行程 v 以方便取放工件为宜 v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 v 1.压力过低,会延长焊接时间,使工件表面产生疤痕 v 或质量不佳 v 2.压力过高,会使工件破裂,使界面结合欠佳, v 甚至过载,而终止超声 焊接时间与保压时间 v 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 v 场合下,更要注意, v 2.过长的焊接时间,会使工件偏离焊接区、表面熔化或破 裂， v 特别是有孔部位、模合线上或头角处。 v 3.一般0.3S0.5S,在有弹力装置、材料熔点高或材料有弹 v 性
12、时,要加大保压时间。如：PP/PE等。 动力触发器 v 用来控制超声波发出的时间 v 旋钮刻度为123,刻度越大,压力越大,范围67N734N v 除非要克服变形或需要压缩(弹簧、膜片、密封件）的元 件， v 使用较高的触发压力外，一般都使用较低的触发压力15 一般开始参数 v 设置时,一般由小到大的原则 v 每次调整一种参数 v压力表:20 触发压力:15 v 焊接时间:0.5S 下降速度:15 v 保压时间:1S 超声波熔接结构设计 v 超声波的熔接结构主要有两种： v 1.导熔线Energy Director v 2.剪切Shear v 其中导熔线是最常用的一种结构，也是相对比较稳定的一
13、 种结构，剪切的结构就相对比较难以控制。 超声波熔接结构设计 导熔 线 v导熔线是在两个熔接面之一上形成一条三角形的凸出 材料，它的的基本作用是聚集能量，使之可以尽快达到熔 解的温度，从而得到更好的熔接效果。导熔线的基本设计 如下图所示，实际应用时可根据具体要求改变。 非结晶聚合物半结晶聚合物 超声波熔接结构设计 导熔 线 v 导熔线的优点主要有： v1.增加熔接强度 v2.减少溢胶 v3.减少熔接时间 v4.需要较小的振幅 v 导熔线的设计主要有以下几种： 阶梯型导熔线-Step Joint v 阶梯型导熔线主要用于外观上需要精确对位以及不溢胶的 设计 沟槽型导熔线- Tongue & Gr
14、oove v 沟槽型导熔线主要用于双边不溢胶且能提供对位的功能设 计，其也具备一定的防水功能。 十字交叉型导熔线-Criss-Cross v 十字交叉型导熔线是一组导熔线相互垂直交叉，能缩短熔 接时间，减少熔接功率，增加熔接强度，但是容易产生段 差及溢胶 间断式 连续式 垂直墙壁型导熔线 v 垂直墙壁型导熔线可以增加抗撕裂力以及减少溢胶。 间断型导熔线-Interrupted Energy Director v 间断型导熔线可以减少溢胶以及焊接能量，但是会降低焊接 的强度。 凿子型导熔线-Knife Edge With Texture Surface v 凿子型导熔线适用于壁厚较薄的零件，但是
15、会降低焊接的 强度。 咬花导熔面 v 咬花导熔面主要用于增强熔接强度，如下图所示 防水的导熔线结构 v 防水的导熔线结构主要用于增加气密性，如下图所示， 密封圈 剪切型熔接面 v 剪切型熔接熔接过程是，首先熔化开始接触的小面积材料 ，然后沿着壁面继续垂直向下而有控制的导引到工件里头 去。如图所示 剪切型熔接面 v 剪切型熔接的优点： v 1.熔接强度高，气密性好。 v 2.适合所有的塑胶材料，特别是具提早固体特性的半结晶 性塑胶 v 剪切型熔接的缺点 v 1.不适用形状复杂或者有直角的转角的结构 v 2.熔接需要坚固的侧边墙壁支撑，不然会变形。 v 3.需要较大的振幅及功率，只适用于小一点的工件 剪切型熔接面 v 剪切型熔接的熔接深度一般为1.25W(壁厚)最小为0.5W 最 大为1.75W，干涉量见下表 超声波熔接设计中应注意的问题 v 超声波熔接应避免以下的设计 超声波熔接设计中应注意的问题 焊头与工件的接触面积越大越好，如果小于熔接区域的面积，会 很容易导致表面伤痕。 超声波熔接设计中应注意的问题 v 远场与近场熔接 v 近场熔接指的是熔接面距离焊头接触面的位置在6.356mm 以内，大于6.356mm的称为远场熔接。一般尽可能避免远 场熔接 近场熔接 远场熔接 超声波熔接设
