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超聲波塑料焊接焊接方法
超聲波焊接線設(shè)計(jì)-王強(qiáng)
1、熔接法：超聲波振動(dòng)隨焊頭將超聲波傳導(dǎo)至焊件，由于兩焊件處聲阻大，因此產(chǎn)生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達(dá)到美觀、快速、堅(jiān)固的熔接效果。2、埋植(插)法：螺母或其它金屬欲插入塑料工件。首先將超聲波傳至金屬，經(jīng)高速振動(dòng)，使金屬物直接埋入成型塑膠內(nèi)，同時(shí)將塑膠熔化，其固化后完成埋插。
3、鉚接法：欲將金屬和塑料或兩塊性質(zhì)不同的塑料接合起來(lái)，可利用超聲波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅(jiān)固。
4、點(diǎn)焊法：利用小型焊頭將兩件大型塑料制品分點(diǎn)焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上，從而達(dá)到點(diǎn)焊的效果。
5、成型法：利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型，當(dāng)塑料凝固時(shí)可使金屬或其它材質(zhì)的塑料牢固。
6、切除法：利用焊頭及底座的特別設(shè)計(jì)方式，當(dāng)塑料工件剛射出時(shí)，直接壓于塑料的枝干上，通過(guò)超聲波傳導(dǎo)達(dá)到切除的效果。
超聲波塑料焊接影響焊接的因素
其最主要的因素包括聚合物結(jié)構(gòu)，熔化溫度、柔韌性（硬度）、化學(xué)結(jié)構(gòu)。
1、聚合物結(jié)構(gòu)：
非結(jié)晶聚合物分子排列無(wú)序、有明顯的使材料逐步變軟、熔化 及至流動(dòng)的溫度（Tg玻璃化溫度）。這類(lèi)樹(shù)脂通常能有效傳輸超音速振動(dòng)并在相當(dāng)廣泛的壓力/振幅范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的焊接。
半結(jié)晶型聚合物分子排列有序，有明顯的熔點(diǎn)（Tm熔化溫度）和再度凝固點(diǎn)。固態(tài)的結(jié)晶型聚合物是富有彈性的，能吸收部分高頻機(jī)械振動(dòng)。所以此類(lèi)聚合物是不易于將超聲波振動(dòng)能量傳至壓合面，幫要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化熱度）才能把半結(jié)晶型的結(jié)構(gòu)打斷從而使材料從結(jié)晶狀態(tài)變?yōu)檎沉鳡顟B(tài)，這也決定了這類(lèi)材料熔點(diǎn)的明顯性，熔化的材料一旦離開(kāi)熱源，溫度有所降低便會(huì)導(dǎo)致材料的迅速凝固。所以必須考慮這類(lèi)材料的特殊性（例如：高振幅、接合點(diǎn)的良好設(shè)計(jì)、與超音夾具的有效接觸、及優(yōu)良的工作設(shè)備）才能取得超聲波焊接的成功。
2、熔化溫度
聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多.
3、硬度（彈力系數(shù)）
材料的硬度對(duì)其是否能有效傳輸超音速振動(dòng)是很有影響的。總的說(shuō)來(lái)，愈硬的材料其傳導(dǎo)力愈強(qiáng)。
4、 化學(xué)結(jié)構(gòu)
超聲粘接是塑膠玩具業(yè)中使用得非常廣泛的一種緊固聯(lián)接的方法，但并非所有的塑膠都可以超聲粘接的。這跟塑膠的性能有關(guān)系，一般來(lái)講，非極性化合物(如PP， PE)是很難超聲的，極性化合物是可以超聲的，而且極性化合物之間也是可以超聲的，如PS與PMMA之間是可以超聲的，典型的產(chǎn)品，如望遠(yuǎn)鏡系列，望遠(yuǎn)鏡的鏡片是PMMA的，而鏡身可能是PS或者ABS，就可直接把PMMA鏡片超聲粘接到PS或者ABS鏡身上，而一般來(lái)說(shuō)，玩具產(chǎn)品中的硬膠使用得最多的就是聚苯乙烯（PS）及其改良品種，所以超聲粘接使用得最多的就是PS。
超聲波塑料焊接設(shè)備配置
超聲波塑料焊接設(shè)備由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。
1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
包括有：過(guò)滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。
工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。
2、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開(kāi)氣路閥門(mén)，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統(tǒng)將氣路閥門(mén)換向，使焊頭回升復(fù)位；二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過(guò)程。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號(hào)，氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間，去除超聲發(fā)射，繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間，退壓，焊頭回升，焊接結(jié)束。
3、超聲波發(fā)生器
（1）功率較大的超聲波塑料焊接機(jī)，發(fā)生器信號(hào)采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。
（2）功率在500W以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。
4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)
（1）換能器
超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。在以上三個(gè)組成部分中，驅(qū)動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(zhǎng)縱向振子與四分之一的波長(zhǎng)縱向振子，半波長(zhǎng)縱向振與半波長(zhǎng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(zhǎng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(zhǎng)縱向振子與四分之一波長(zhǎng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(zhǎng)換能器。
（2）工具頭
對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)到的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多。
超聲波塑料焊接工作要領(lǐng)
注意焊頭不可以任意修改，否則會(huì)改變其諧振頻率及機(jī)械強(qiáng)度，容易導(dǎo)致?lián)Q能器或電器零件損壞。
超聲波焊接機(jī)操作要領(lǐng)：
機(jī)器工作原理：
將220V/50HZ的電源供電，轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz或15KHz的高壓電能，利用換能器轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)械振動(dòng)經(jīng)二級(jí)桿放大經(jīng)焊頭傳遞至被加工物，利用空氣壓力，產(chǎn)生工件接觸面加壓摩擦熔接的效果。
安裝程序：
A：將機(jī)架上的三根電纜分別接入底座和發(fā)生器的插座上，并擰緊。
B：安裝好換能器系統(tǒng)，并擰緊固定螺絲。
C：調(diào)整機(jī)架高度并擰緊機(jī)體固定把手。
D：觀察底座上急停開(kāi)關(guān)是否復(fù)位，如未，請(qǐng)復(fù)位。
E：連接好氣源及電源，并接好地線。
F：將焊頭與二級(jí)桿之間的接觸面擦拭干凈，在兩個(gè)端面上涂抹少量硅油或黃油，將螺桿擰入焊頭一邊擰緊，然后將焊頭與二級(jí)桿這宰用螺桿連接，并用板手鎖緊。
G：操作前，請(qǐng)務(wù)必做超聲檢測(cè)，以確定發(fā)生器頻率與換能器系統(tǒng)機(jī)械諧振頻率一致。尤其是更換焊頭或改變輸出振幅之后，不可疏忽。
超聲波檢測(cè)：
為了達(dá)到的使用效果并維護(hù)本機(jī)的性能，調(diào)整發(fā)生器與換能器系統(tǒng)的諧振，非常重要。
A：調(diào)諧前，確保焊頭與二級(jí)桿之間必需鎖緊。調(diào)諧時(shí)，焊頭不要接觸其它物品。
B：打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)電源指示燈亮。
C：按下超聲波測(cè)試開(kāi)關(guān)，并注視負(fù)載表，（如電流表指針超30%或超過(guò)2A，則按下超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)的時(shí)間要非常短），調(diào)整調(diào)諧電感，左右旋轉(zhuǎn)直到負(fù)載電表批示在最小位置，通常在5%-15%或300MA-900MA之間。
D：因本機(jī)設(shè)有卡位，所以調(diào)諧電感的調(diào)整范圍只有360度，如焊頭的頻率同20KHZ或15KHZ相差較遠(yuǎn)時(shí)，需打開(kāi)機(jī)蓋，拆開(kāi)固定位進(jìn)行調(diào)整。
注意
（1）：調(diào)整調(diào)諧電感時(shí)，負(fù)載表電流大小變化，并非表示功率輸出大小，只表示發(fā)生器與換能器能器系統(tǒng)諧振程度，（電流越小，諧振越好）。如需要較大振幅輸出，可改變二級(jí)桿的品種。（15KHz機(jī)還可調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，但不可在有超聲波時(shí)調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，以防高壓電擊。）
（2）：負(fù)載表空載時(shí)，表示諧振程度；帶負(fù)載時(shí)，表示輸出能量。
（3）：調(diào)諧時(shí)，如過(guò)載指示燈亮，應(yīng)立即松開(kāi)測(cè)試開(kāi)關(guān)，過(guò)5秒鐘之后，調(diào)整調(diào)諧電感，再做超聲波檢測(cè)。
（4）：正確的調(diào)諧非常重要，如果無(wú)法達(dá)到正常情況，請(qǐng)參照故障檢測(cè)表，不可勉強(qiáng)使用，以免損壞機(jī)器。
校模：
為達(dá)到高的生產(chǎn)效率，焊頭與塑料件之間的距離應(yīng)盡量縮短但仍需留有足夠的空間方便取放塑料件。
1將塑料件放在底座中調(diào)整氣壓在2Kg左右，利用焊頭升降開(kāi)關(guān)來(lái)使上下摸對(duì)準(zhǔn)。
2選擇適合的焊頭與塑料件之間的距離鎖緊機(jī)架固定把手。
3調(diào)整限位螺栓使焊頭下降壓緊塑料件之后仍有0.2mm左右的空間。（對(duì)于焊接深度要求較高的塑料件，此空間相應(yīng)加大）。
4調(diào)整焊接、保壓時(shí)間、氣壓、試焊樣件。
5觀察樣件,如發(fā)現(xiàn)焊接不均勻,則需要細(xì)調(diào)底座的平衡,一般原則為焊接部位熔接越厲害,則應(yīng)調(diào)低，在底座相反位置墊上紙片等抬高底座對(duì)應(yīng)位置，使塑料件與焊頭吻合良好。
影響塑料件超聲加工的因素如下：
（1）接觸面的設(shè)計(jì) （2）焊接線的設(shè)計(jì) （3）塑料材質(zhì)
（4）塑料件外形和尺寸 （5）焊接面與焊頭之間距離 （6）焊頭的設(shè)計(jì)
（7）焊頭的振幅 （8）校模的準(zhǔn)確性 （9）焊接壓力、時(shí)間參數(shù)的選擇
超聲波焊接操作步驟：選擇振幅、二級(jí)桿調(diào)諧頻率、校模
過(guò)熔時(shí)： 減小熔接時(shí)間,壓力降低振幅段數(shù)
焊接不夠：增加熔接時(shí)間或氣壓；增加振幅段數(shù)；改用較大功率機(jī)型；選擇較大比例二級(jí)桿； 確定所有參數(shù)。
參考資料
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