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1、 1 高分子材料超声波焊接技术 分1黄浩 2 内容提要 基本概念 1 焊接原理 2 工艺条件 3 当前应用 4 总结展望 5 3 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 4 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 超声波焊接的基本概念 5 过程
2、 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 超声波焊接的基本概念 6 内容提要 基本概念 1 焊接机理 2 工艺条件 3 当前应用 4 总结展望 5 7 超声波焊接的机理 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 8 Menges等人认为热主要来自材料内部的摩擦而非界
3、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 超声波焊接的机理 9 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 10 静态松弛模量 Maxwell模型 10阶Prony级数 超声波焊接的机理 11 动态粘弹性时温等效原理DMA温度谱 超声波焊接的机理 12 应变能与周期温升 超声波焊接的机理 13 初始温度的影响 超声波焊接的机理 14 初始产热源 超声波焊接的机理 15 产热机理 超声波
4、焊接的机理 16 内容提要 基本概念 1 焊接机理 2 工艺条件 3 当前应用 4 总结展望 5 17 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 PC PS SAN ABS PMMA 18 二 设备参数振幅焊接时间 超声波焊接的工艺条件 19 制品厚度焊接压力 超声波焊接的工艺条件 20 三 焊线设计能量引导 超声波焊接的工艺条件 21 超声波焊接的工艺条件 22 焊件自准 超声波焊接的工艺条件 23 特殊焊接设计 超声波焊接的工艺条件 24 点焊铆焊 超声波焊接的工艺条件 25 凸缘连接焊 超声波
5、焊接的工艺条件 26 内容提要 基本概念 1 焊接原理 2 工艺条件 3 当前应用 4 总结展望 5 27 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 超声波焊接的应用 28 汽车PC转向灯和PMMA ABS反射器灯具 超声波焊接的应用 29 汽车炮筒式仪表 超声波焊接的应用 30 聚合物微器件的超声波焊接键合 超声波焊接的应用 31 燃气表装配工艺改进
6、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 超声波焊接的应用 32 内容提要 基本概念 1 焊接原理 2 工艺条件 3 实际应用 4 前景展望 5 33 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 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 34 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 35 ThankYou 欢迎提问
