自動化超聲波焊接設備生產廠家
超聲波塑料焊接機/超聲波點焊機/注塑件超聲波切水口/口罩機超聲波焊接發生器
全國免費咨詢熱線
0755-28999510
致遠超聲波
ZY ULTRASONIC
新聞詳情

超聲波焊接工作原理

 二維碼 125

超聲波焊接工作原理

超聲波焊接利用高頻超聲波能量(15-50 khz)產生低振幅(1-100μm)機械振動。這種振動傳遞到部件連接接頭處,產生熱量,導致熱塑性材料熔化,冷卻后形成焊縫。超聲波焊接是目前已知的最快的焊接技術,焊接時間通常在0.1秒到1.0秒之間。超聲波振動在熱塑性塑料中產生正弦駐波。部分能量因為分子間摩擦而消散,導致材料溫度升高。另一部分被傳送到接頭處,因邊界摩擦產生局部加熱。因此,超聲波能量的最佳傳輸路徑以及后續接頭材料熔化行為,取決于零件的幾何形狀和材料的超聲波吸收特性。振源越靠近焊縫接頭,因為材料吸收損失的能量就越小。當振源到接頭的距離小于6.4mm時,該過程被稱為近場焊接。適用于具有高能量吸收特性的結晶材料和低剛度的材料。當振源到接頭距離大于6.4mm時,該過程被稱為遠場焊接。適用于具有低能量吸收特性的無定形材料和高剛度材料。在接頭表面容易產生高溫,是因為接頭表面“凹凸不平”,比材料本體更容易產生更大的應變和更大的摩檫力。對于許多超聲波焊接應用中,在上零件表面有一個三角形凸起,被稱為導能筋,該特征有助于在接頭處聚集振動能量。

超聲波焊接機工作過程.png

在焊接過程中,超聲波振動垂直于接頭表面。導能筋上尖點在壓力下與被焊接零件接觸。在尖點上產生大量的熱,導能筋開始熔化。焊接過程可分為4個階段。第一階段,導能筋頂部熔化,熔化速度加快,隨著接頭兩側間隙減少,熔融的導能筋完全鋪展并接觸下方零件,此時導能筋的熔化速度降低。第二階段,上下兩零件面面接觸,熔化區域加大。第三階段,穩態熔化階段,形成具有一定厚度的熔融層,也伴隨產生恒定的溫度場。當過程達到設定的焊接能量,或時間,或距離或其它控制條件時,超聲波停止。第四階段,繼續保持壓力,一些過量的熔體被擠壓出焊縫,零件之間形成分子鍵連接并冷卻。

ABUIABACGAAg7bazgQYo0ZrszwMwrwc4qQQ.jpg

熔接微觀.jpg

超聲波焊接的優點和缺點

超聲波焊接是目前工業中使用最為廣泛的塑料連接技術,具有快速,經濟,易于集成自動化,非常適合大批量生產作業,生產節拍可高達每分鐘60件。焊縫穩定性好,強度高。焊接時間比其它焊接工藝都短,不需要復雜的通風系統來排除煙霧,以及冷卻系統排除多余熱量。能量利用率高。與其它塑料焊接工藝相比,生產效率更高,成本更低。模具設計相對簡單,可實現快速換模,增加了設備的利用率和通用性。因為焊縫中不引入其它輔助焊接材料,所以焊縫干凈無雜質,不影響設備的生物相容性,也廣泛使用在要求更高的醫療保健行業。超聲波焊接的局限性。當產品尺寸超過250mmX300mm,焊頭設計困難,無法一次焊接完成。往往要采用多個焊頭同步焊接,或者單個焊頭多次焊接完成。超聲波焊接結果的好壞,與焊縫結構設計、注塑件尺寸誤差和變形有很大關系。超聲波振動容易對敏感電子部件造成損傷,盡管采用更高頻率和降低振幅能夠減少這類損傷。

應用領域

超聲波焊接幾乎適用于所有主要行業。汽車:前燈、儀表盤、按鈕和開關、燃料濾清器、液體容器、安全帶鎖扣、電子鑰匙鎖、燈組件、風管。電子和電器:開關、傳感器、執行器等。醫學:過濾器、導管、醫用服裝、口罩。包裝:水泡袋、袋子、儲存容器、管嘴。以下是一些應用案例和焊縫設計。

ABUIABACGAAg7LazgQYoyeaL0AYw6QU4hQM.jpg

咖啡杯,材料PS,采用溝槽+導能筋焊縫設計。

ABUIABACGAAg7LazgQYogJWcCjCLBTjMAg.jpg

電子開關,材料ABS,采用超聲波鉚接。

ABUIABACGAAg7LazgQYo0K7TywQw_AQ4zQI.jpg

反光鏡,材料ABS+PC,采用臺階+導能筋焊縫設計。

ABUIABACGAAg7bazgQYo347qsAYw9gQ4zwI.jpg

電子燈,材料ABS+PMMA,采用平面+導能筋焊縫設計。

ABUIABACGAAg7bazgQYo2LOKkAQw9QQ40QI.jpg

電氣連接器,材料ABS+金屬,采用超聲鉚接。

ABUIABACGAAg7bazgQYoouC4ngIwhwU4vgI.jpg

醫療瓶,材料PC,采用平面+導能筋焊縫設計。

ABUIABACGAAg7bazgQYozobOBzD4BDjSAg.jpg

燃油濾瓶,材料尼龍6-6,采用剪切縫焊縫設計。

ABUIABACGAAg7bazgQYos4GwoAIwiQU40QI.jpg

過濾膜/吸音棉裝配,材料尼龍+30%玻纖,采用刺穿焊接。

ABUIABACGAAg7bazgQYomKGl9AcwtgU4yQI.jpg

電器盒,材料PS+銅螺母,采用超聲波鑲嵌工藝。

轉子,材料PS,采用平面+導能筋焊縫設計。

材料選擇

聚合物結構

無定形塑料(Amorphous plastics)分子結構隨機分布,無固定的排列方向,具有在較寬的溫度范圍內逐漸軟化的特點。這類材料達到玻璃態轉變溫度Tg時,材料逐漸軟化,然后再進入液體熔融狀態。材料由液態進入固化時,也是逐漸過渡的。無定形材料能有效傳遞超聲波振動,且因為軟化溫度范圍較寬,所以更容易焊接,也更容易實現密封性。 半結晶塑料(Semicrystalline plastics)的分子結構有序排列。需要高熱量才能打斷其有序排列。熔點(Tm)很尖銳,只要溫度稍微下降,液態就會迅速發生固化。因此,從熱熔區域流出的熔體會迅速凝固。當處于固態時,半結晶材料分子特性像彈簧,會吸收很大一部分超聲波振動,而不是將振動傳遞給接頭區域。因此對于半結晶材料,需要采用高幅值輸出的焊頭,以產生足夠的熱量。

ABUIABACGAAg7bazgQYotvnlmAYwnwU4pwM.jpg

Tg玻璃態轉變溫度,Tm熔化溫度。

上圖左側是無定形塑料,右側是半結晶塑料。

填充劑

熱塑性塑料中的填充劑(玻璃纖維、滑石粉、礦物質)可以增強或抑制超聲波焊接。材料如碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、氧化鋁,有機纖維、二氧化硅、 玻璃球、偏硅酸鈣(硅灰石)和云母能夠提高樹脂的硬度。研究表面,當填充劑含量20%時,能有效增強超聲波振動在材料中的傳輸效率,尤其對半結晶材料效果顯著。當填充劑含量達35%時,焊縫處可能因樹脂含量不足影響密封可靠性。當填充劑含量達到40%時,玻璃纖維會聚集在接頭位置,焊縫處會因為剩余的樹脂含量不足影響其焊接強度。在注塑時,長玻璃纖維更容易堆積在導能筋上。一個解決該問題的方法,用短玻纖纖維代替長玻璃纖維。當填充劑含量超過10%時,材料中的磨料顆粒會導致焊頭磨損。因此,建議使用硬質合金鋼焊頭,或者表面有碳化鎢涂層的鈦合金焊頭??赡苓€需要選擇更高功率的超聲波設備,以便在接頭處產生足夠的熱量。

添加劑

雖然添加劑可以改善材料的整體性能或注塑成形特性,但往往抑制了超聲波焊接。典型的添加劑有潤滑劑、增塑劑、沖擊改性劑、阻燃劑、著色劑、發泡劑和重新研磨使用的樹脂。潤滑劑(如蠟、硬脂酸鋅、硬脂酸、脂肪酸酯)降低聚合物分子間的摩擦系數,也會減少熱量的產生。然而因為潤滑劑濃度很低且分散,所以這種影響在接頭處通常是很小的。增塑劑,高溫有機液體或者低溫熔融固體增加了材料的柔軟性,降低了材料剛度。它們降低了聚合物內部分子間的吸引力,干擾了振動能量的傳遞。高塑化材料如乙烯基,是非常差的超聲波振動傳遞材料。增塑劑被認為是內部添加劑,但隨著時間的推移會遷移到塑料表面,從而使得超聲波焊接幾乎無法實現。沖擊改性劑,如橡膠降低了材料傳遞超聲波振動的能力,因此需要更大的振幅來熔化塑料。材料中添加的阻燃劑、無機氧化物或鹵化有機元素(如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷),能夠抑制火點或改變材料的燃燒特性。在大多數情況下,它們是不可以焊接的。阻燃劑可占材料總重量的50%或以上,大大減少了可焊接材料的含量。對于此類材料焊接,必須選擇高功率設備和大振幅焊頭,以及修改接頭設計增加接頭區域可焊接材料的含量。大多數著色劑(顏料或染料)不會抑制超聲波振動的傳遞。但是它們會減少接頭區域可焊材料的含量。二氧化鈦(TiO2),用于白色顏料,是無機物且具有化學惰性。但其含量超過5%時,可以起到潤滑劑的作用,從而抑制超聲波焊接。炭黑也會干擾超聲波能量在材料中的傳遞。發泡劑降低了材料傳遞超聲波振動的能力。因為材料的低密度,以及分子結構中的大量孔隙,干擾了能量的傳遞。當材料中加入研磨樹脂時(回料),應仔細評估并控制其含量和體積,以達到最佳的焊接效果。在某些情況下,可能需要100%的原始材料,不允許回料的使用。

脫模劑

脫模劑(硬脂酸鋅、硬脂酸鋁、氟碳化合物、硅酮)噴涂在模具型腔表面,方便注塑件取出。脫模劑可以轉移到接頭表面,降低材料的摩擦系數,從而減少熱量的產生,抑制超聲波焊接。此外,脫模劑對樹脂會造成化學污染,即抑制適當化學鍵的形成。其中硅酮影響最為有害。脫模劑有時可以用溶劑去除。如果必須要使用脫模劑,那么選擇適合的等級,防止脫模劑轉移到零件表面。

材料等級

相同材料的不同等級可能具有不同的熔化溫度和流動指數。甚至一種等級可以融化和流動,而另一種等級卻無法焊接。例如,PMMA的鑄造等級具有較高的分子量和熔化溫度,比注射/擠壓等級的PMMA更脆。因此它們更難焊接。一般來說,要求焊接的兩種材料要有相近的流動指數(流動指數與分子量相關),且熔化溫度相差在22℃內。為了達到最佳焊接效果,應該選擇相同等級的材料進行焊接。

含水量

材料的含水量會影響焊接強度。吸水材料如PBT、PC、PSU,特別是尼龍更容易從空氣中吸收水分。焊接時,吸收的水分會在100°C沸騰,被困的氣體會在焊縫中產生孔隙并會降解塑料,從而產生不良外觀、較差的焊接強度,以及難以密封。為了保證焊接效果,吸水性材料應在注塑完成后立即焊接。如果無法實現,那么需要將干燥的零件保存在干燥PE袋中。也可以在焊接前,將零件放置烘烤箱內,在80℃溫度下烘烤3小時。

不同種材料

在焊接不同材料時,兩種材料的熔化溫差不應超過22°C(40°F),且兩種材料的分子結構應相似。若熔化溫度相差較大,低熔點的材料會先熔化和流動,無法繼續產生足夠的熱量來熔化高熔點的材料。例如,如果一個高熔點PMMA要焊接到一個低熔點的PMMA上,導能筋位于高熔點PMMA上,那么低熔點材料接頭先熔化并流動,繼而導能筋軟化,容易形成較差的焊接強度(也稱為虛焊,材料之間未形成分子鍵連接)。只有具有化學相容性(即具有相似分子結構)的材料才能焊接。材料相容性只存在于無定形材料之間。例如ABS與PMMA,PC和PMMA,PS和改良的PPO。半結晶塑料PP和PE具有相似的物理特性,但是不具有材料相容性而無法焊接。下表列出了用于超聲波焊接的熱塑性塑料的材料相容性。

ABUIABACGAAg7bazgQYozeD_eDDQBTiSBQ.jpg


相關推薦
致遠首頁       |        應用案例      |        焊接視頻      |        原理工藝      |        聯系我們
關于致遠
產品中心
聯系我們
企業簡介
企業文化
非標自動化超聲波焊接設備
其他超聲波應用開發
業務:吳經理  13537682939
郵件:SZZYCSB@163.COM
技術:李    工 15916988850
電話:0755-28999510
地址:深圳市龍崗區龍城沙園路71號
KITTYXKUM回| 开心综合Av| 都市之妻女掠夺系统| MM131美女图片高清美女图片| 色综合亚洲色综合网站| 国产色夫妇国语对白| 我被最想拥抱的人威胁了哪集有车?| 午老司机午夜福利视频| 毛片在线看| 高级黄未满十八勿进| 欧美三级在线免费视频| 干日本少妇| 天降女子哪一集最污| 无遮挡裸体免费视频| 黄色三级视频电影。| 免费黄的AV天堂| 中文中幕无码亚洲视频| 美国牲交一级特黄大片| 黑人巨大系列在线播放| 【鲤番】欢迎来到巨汝精灵之森!一到四集 合集版【无韵AI去马版】| 陈冠希实干阿娇图视频| 完具酱m| 亚洲欧洲自拍| 最新精品2020精品国产女人| 最终幻想蒂法H漫在线| YY8098影视理论| 日本妇人成熟免费视频| 一品道毛片| 初登场系列 狂野女郎 全新女神-许书曼-搬淫家| 日韩在线视频| 欧美性爱大老色视频| 娜比套图| 小草青青免费视频| 国产盗撮人| 秋和柯基 - 阿秋病娇护士| 特黄特黄欧美大片| 青梅竹马消防员樱花08| 亚洲中文无码永久免费| 久草视频线网站| 黑粗硬大| 黄河之水天上来 - 黑料不打烊 668.su 兄弟召集令 https://668.su/archives/581.html 迅速来围观 微信如果打不开就复制地址浏览器打开| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>