塑料超聲波焊接能量轉換機理

2021-04-27 09:33

超聲波的定義：
超聲波是指高於人類聽覺所能接受頻率範圍的聲波，人類聽覺能力在20Hz～20KHz之間；因此一般來說，凡是頻率高於20KHz以上的聲波就稱為超聲波。但在工業應用中，為了適應特殊的工藝需求，聲波頻率有低於10KHz的（如超聲波烘幹機）、15KHz的（如塑膠美女搞基APP），這些習慣上也稱為超聲波。超聲波的頻率上限通常是100KHz以內，但在非破壞用的醫療檢查係統中也有高達5000KHz的。總而言之，工業上通常把能產生和利用在各種不同介質中傳導，隨著各種不同介質的特性差別產生各種不同功能與效用的波動，統稱為超聲波。

超聲波焊接的原理：
將聲波籍超聲波焊頭（HORN）傳遞到塑膠加工物上，以每秒15～30KHZ，振幅為4～5um左右的振動，再經過固定的超聲波變幅杆和可換增幅工具頭放大，在兩片塑膠件接合麵上產生20～30um左右的高頻振動。這樣在金屬工具焊頭的端麵瞬時最大速度可達4m/s，這種高頻捶擊作用到塑膠表麵上，在應力高的地方發生強烈的摩擦熱，使界麵熔化了的塑膠粘接在一起，從而實現焊接。

超聲波焊接能量轉換的機理：
在超聲波焊接過程中，接頭處能量的轉換主要是指由超聲波的機械能轉換成使塑料熔合的熱能，這種能量變化直接影響到結合麵處溫度的變化，影響到接頭的質量。由於超聲波焊接過程的複雜性，有關焊接過程的研究還很不充分，關於其焊接機理也有多種解釋。

目前，關於塑膠超聲波焊接熔合機理主要有以下兩種觀點：
1）摩擦振動機製。認為當超聲波作用於兩焊件時，塑料質點會被超聲波激發而引起連續交替的受壓和解壓，以至焊件接觸表麵因振動而產生摩擦，振動頻率就是超聲波的頻率。此時，機械功轉化為熱，使焊件表麵的溫度升高直至熔化，最終形成焊接接頭。
2）應力應變儲能及轉換機製。認為塑料是粘彈性體，超聲波在其中傳播時，引起塑料質點的應力應變不同相，從而引起能量損耗，轉化成熱使焊件表麵熔化形成接頭。

超聲波焊接