超聲波焊接工藝參數（一）

2021-04-02 15:37

超聲波焊工藝參數超聲波焊接主要工藝參數有: 振幅、焊接時間、保壓時間、焊接壓力、頻率等。最佳焊接規範隨待焊組件和所用的焊接設備而定。焊接參數的調節取決於零件的尺寸和剛度，尤其是焊頭接觸點和焊接接頭之間的距離。焊接能力受到塑料傳遞超聲振動能力( 且零件不受到損傷) 的限製。

頻率
超聲波常用的頻率有 20、30、40kHz ， 15kHz 常用於半結晶性塑料。20kHz 是最常用的超聲波頻率，因為這一頻率熔化熱塑性塑料必需的振幅和功率容易達到，但它可能產生大量難以控製的機械振動，產生較少振動的較高頻率( 40k Hz ) 是可行的，一般用於焊接工程塑料和增強聚合物。高頻率焊接設備的優點包括: 噪聲小、零部件尺寸小、增強零件保護( 由於減少循環應力和接頭界麵外部區域不加選擇的加熱) 、提高機械能量的控製、降低焊接壓力、加快加工速度。缺點是由於零部件尺寸小，功率容量降低及由於振幅降低，難以進行遠場焊接。較高頻率超聲波焊機通常用於焊接小型、精密零件( 如電氣開關) 及材料降解需較少的零件。對於 15k Hz 的焊機能夠快速焊接大部分熱塑性塑料，在大多數情況下，比 20k Hz 焊機焊接時的材料降解少。用 20kHz勉強能焊的零件( 尤其是那些由高性能工程樹脂加工成的) ，用 15k Hz 能有效地焊接。在較低頻率下，焊頭有較長諧振長度，在所有維度可以做得更大。采用 15k Hz 的另一重要優點是同使用較高頻率相比，大大降低了超聲波在塑料中的衰減，允許焊接更軟的塑料及更大的遠場距離。

振幅
成功焊接取決於焊頭端部的適當振幅。對於所有變幅杆 / 焊頭組合，振幅是固定的。根據待焊材料選擇振幅以獲得適當程度的熔化。一般說來，半結晶性塑料與非結晶性塑料相比需更多的能量，因此需更大的焊頭端部振幅。現代美女搞基APP上的過程控製允許分階。高振幅用於開始熔化，低振幅用以控製熔化材料的粘度。增加振幅會改善剪切接頭設計零件的焊縫質量。對於對接接頭而言，隨著振幅的增加，焊縫質量提高且焊接時間減少。在用導能筋的超聲波焊接中，平均熱耗率 ( Qavg ) 取決於材料的複合損耗模量( E’’ ) 、頻率 ( ω ) 和作用應變( ε0 ) :

熱塑性塑料的複合損耗模量與溫度密切相關。在達到熔點或玻璃化轉變溫度時，損耗模量增加，更多的能量轉化為熱能。在加熱開始後，焊接界麵處的溫度急升( 達 1000℃ /s ) 。作用應變與焊頭的振幅成正比，所以可以通過改變振幅來控製焊接界麵的加熱。振幅是一個控製熱塑性塑料擠壓流動速率的重要參數。高振幅時，焊接界麵加熱速度較高，溫度上升，熔化材料流動速度較快，導致分子取向增加，產生大量飛邊及焊縫強度較低。高振幅對於開始熔化是必需的。太低的振幅產生不均勻的開始熔化和過早的熔體凝固。當增加振幅時，更大量的振動能量消耗在熱塑性塑料中，待焊零件承受更大應力。在整個焊接循環過程中振幅恒定時，通常采用的是對待焊零件不至於產生過量損害的最高振幅。對於結晶性塑料如聚乙烯和聚丙烯，振幅的影響比非結晶性塑料如 ABS 和聚苯乙烯要大得多。這可能是由於結晶性塑料的熔化和焊接需要更多的能量。振幅可以機械調節( 通過更換變幅杆或焊頭) 或者電氣調節( 通過改變提供給換能器的電壓) 。在實踐中，較大振幅調節采用機械方式而微調用的是電氣方式。高熔點材料、遠場焊縫及半結晶性塑料通常需要比非結晶性塑料和近場焊縫更大的振幅。非結晶性塑料典型的總振幅範圍是 30 － 100μm ，而結晶性塑料為 60 － 125μm。振幅分階 ( amplitude profiling ) 能夠實現良好的熔體流動和一致的高焊縫強度。對於組合的振幅和力分階，高振幅和作用力用於開始熔化，然後振幅和作用力下降以降低沿焊合線的分子取向。

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