塑料超聲波焊接工藝研究

摘 要：隨著材料焊接的多樣化，塑料焊接技術(shù)多種多樣，超聲波塑料焊接的廣泛運(yùn)用，超聲波塑料焊接以低成本，高性能的顯著優(yōu)勢(shì)被大量運(yùn)用，但參數(shù)要求嚴(yán)格。本文簡(jiǎn)述了超聲波塑料焊接技術(shù)，并研究了塑料超聲波焊接的針對(duì)各類塑料材質(zhì)的參數(shù)設(shè)置以及影響參數(shù)，給實(shí)際操作人員以借鑒，促進(jìn)焊接效果及質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：超聲波焊接;調(diào)幅器;焊頭;振幅;導(dǎo)熔線

超聲波焊接是利用超聲波振動(dòng)頻率，接觸摩擦產(chǎn)生熱能而使兩個(gè)塑膠件在焊接界面熔融而固定在一起。超聲波焊接是一種快捷、干凈、有效的裝配工藝，用于滿足塑膠件高強(qiáng)度的裝配要求，是廣泛使用的一種先進(jìn)裝配技術(shù)，適用于多種類型塑膠件的裝配。正常情況下，超聲波焊件具有較高的抗拉強(qiáng)度，可以取代溶劑粘膠及機(jī)械緊固等裝配方法，同時(shí)還可以具有防水、防潮的密封效果。

1 超聲波焊接簡(jiǎn)介

（1）超聲波焊接的工作原理是通過(guò)超聲波發(fā)生器將50Hz或60Hz電流轉(zhuǎn)換成15kHz、20kHz、30kHz或40kHz的電能，被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)一套可以改變振幅的調(diào)幅器裝置傳遞到焊頭，如圖1所示。

（2）超聲波焊機(jī)焊接過(guò)程簡(jiǎn)介。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接塑膠件的界面，在該區(qū)域，振動(dòng)能量通過(guò)摩擦方式被轉(zhuǎn)換為熱能，將塑料熔化，振動(dòng)停止后維持在塑膠件上的短暫壓力使兩塑膠件以分子連接方式凝固為一體，如圖2所示。

2 塑料可焊性簡(jiǎn)介

超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超聲波焊接一般僅適合于于—種或者相似塑料之間的焊接。如果兩個(gè)塑膠件材料不同，多數(shù)時(shí)候超聲波焊接無(wú)能為力。因此，一定選定超聲波焊接工藝，就不能輕易更改零件材料，如圖3所示。在超聲波塑料焊接過(guò)程中，為了達(dá)到更好的焊接效果，在材質(zhì)選用過(guò)程中，為了確保很好的熔接在一起，盡量選用同類材質(zhì)焊接。

3 塑料超聲波焊接的焊接結(jié)構(gòu)以及影響參數(shù)研究

超聲波焊接設(shè)備通過(guò)功率發(fā)生器，裝換15KZ/20KHZ/30KHZ/40KHZ電能后，對(duì)應(yīng)相關(guān)換能器振幅分別為30um/20um/15um/8um。換能器經(jīng)過(guò)調(diào)整幅器及焊頭將振幅放大。如圖4所示：

超聲波焊接不是所有塑料焊接選擇的參數(shù)都一致。不同材質(zhì)使用的焊接參數(shù)也不一樣，因此，一定選定超聲波焊接工藝，就不能輕易將參數(shù)固定。如圖5圖6所示：

塑膠零件的超聲波焊接導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)：

合理的超聲波塑膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)超聲波焊接工藝可以起到事半功倍的影響，超聲波焊接時(shí)，兩個(gè)塑膠件的初始接觸面積必須足夠小，以集中能量，同時(shí)減少塑料熔化和熔合所需的總體能量。導(dǎo)熔線（或稱導(dǎo)熔線柱、超聲線）即是這樣的一種結(jié)構(gòu)，是在一個(gè)塑膠件焊接界面上凸起的三角形柱，頂端越尖越好，基本作用是將振動(dòng)能量聚集在三角形的尖端，其后累積的熱量在整個(gè)焊接界面形成均勻的塑料熔流。

導(dǎo)熔線的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）增加焊接的強(qiáng)度，減少虛焊。導(dǎo)熔線利于兩個(gè)塑膠件的熔合，可提高焊接的強(qiáng)度。使用導(dǎo)熔線的超聲波焊接如果發(fā)生虛焊，則兩個(gè)塑膠件之間會(huì)出現(xiàn)斷差，很容易發(fā)現(xiàn)虛焊的缺陷、繼而避免虛焊的產(chǎn)生;而沒(méi)有導(dǎo)熔線的超聲波焊接如果發(fā)生了虛焊，則很難通過(guò)外觀進(jìn)行辨別。（2）減少溢料，提高外觀。導(dǎo)熔線使得焊頭與塑膠件的接觸時(shí)間縮短，因此較少溢膠。另外，由于焊接區(qū)域變小，避免了材料堆積從而減少溢膠。通過(guò)合理的導(dǎo)熔線及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，超聲波焊接可以具有高品質(zhì)的外觀。（3）縮短焊接時(shí)間。導(dǎo)熔線可減少塑料熔化和熔合所需的總體能量，繼而縮短焊接時(shí)間，圖7所示為無(wú)導(dǎo)熔線與有導(dǎo)熔線的焊接時(shí)間對(duì)比，使用導(dǎo)熔線的焊接塑料更早熔化和熔合成一體。同時(shí)，焊接時(shí)間的縮短有助于避免塑膠件長(zhǎng)時(shí)間焊接而引起的過(guò)焊問(wèn)題。如圖7所示：

4 結(jié)論

超聲波焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，技術(shù)也在不斷的實(shí)踐中逐漸成熟，在超聲波塑料焊接過(guò)程中，針對(duì)設(shè)備型號(hào)選用，焊料選用及焊接導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)都將影響焊接品質(zhì)。因此在導(dǎo)入超聲波塑料焊接前要對(duì)相關(guān)把控。提升塑料焊接質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)旭（1985—），男，漢族，湖北荊州人，本科，研究方向：安全工程。