超声波塑料焊接技术与超声波塑料焊接工艺（超声波导熔线的设计，超声波铆焊工艺设计)　

　　近年来,随着塑料工业的迅速发展,各种塑料制品已被广泛应用于航空、汽车、造船、电子和玩具等各个工业领域,并取得了令人瞩目的成果和经济效益。然而,由于注塑工艺等因素的限制,有相当一部分形状复杂的塑料制品不能一次注塑成型,这就需要粘合。而沿用多年的塑料粘结和热合工艺却又相当陈旧。这种陈旧工艺不仅效率低,而且使操作工人整天和刺鼻难闻的粘合剂或高温热源打交道,从而引起环境污染和劳动保护等一系列棘手问题;此外,在塑料零件的粘合过程中,在结合处有粘合剂的流挂现象,致使成品失去光洁和美观,尤为严重的是,这种粘合方法的粘结牢度不高,密封性也较差,不宜粘合要承受压力的容器。显然,这种工艺已不能适应塑料工业发展的需要,于是一种新颖的塑料加工设备一超声波塑料焊接机便应运而生了。

　　超声波焊接机在焊接塑料部件时,既不需要添加任何粘合剂或熔剂,也不必使用热源,并具有操作简便,焊接速度快和质量好等优点.

　　超声波塑料焊接机的基本原理是这样的:超声波发生器产生20~40kH的高频电醌,由压电换能器转换为振动机械能,经变幅杆传送到焊头。焊头上的高频机械振动被传递到与焊头直接接触的焊件的焊面。两个焊面之间的分子在这种振动幅度约为0.02mm的高频机械振动的作用发生剧烈摩擦,由此产生的瞬间高温便在焊面形成熔化层。并在焊接机可控压力的作用下焰合凝固起来,从而实现牢固结合。上述整个过程所费时间仅为0.2秒左右。

　　此外，超声塑料焊接机通常还需备有机械传动及电器控制系统。利用空气压缩机将3kg左右的气压送入气路阅门,通过电器控制系统来控制阀门换向,便可使焊头按照需要任意升降电器控制系统还控制预压,触发超声波和焊接维持时间。也可为这种焊接机配备专用微机控制系统,以实现启动、升降、触发、预压和维持时间的程序化自动控制。并可根据不同焊接对象选择最佳功率、压力和维持时间。

　　由于焊接对象的材料,大小,形态和焊接要求各不相同,再加上塑料的可焊性还受其弹性系数,振动阻力、摩擦系数、导热特性和熔化温度诸因素影响,因此为提高焊接质量必须制定适当的焊接工艺。

例如图1所示为超声导向焊接法。

　　当焊接面为平而时,下部焊面应注塑成有一个横贯整个焊面的导向锥形条。它的作用是使超声能量灭梨中。对于焰点较低的高硬度易焊接材料,导向条高度不得低于0.25mm:而对低硬度材料如聚碳酸脂等),则高度不得低于05mm。从图1下方的温度时间曲线可以誉出,在施加超声能量后,具有导向条的披焊塑料的软化和熔化时间显若缩短,这就能加快焊接速度,并能取得最高焊接强度。

图2所示为超声槽式焊接法。

　　它采用了问距移位焊接,以防止二结合面烧化。由于凸凹面需保持一定的间,这势必会增加注塑准度,而设计成如图中所示的斜度形式;就能降低对注塑的精度要求。

图3所示为超声切边焊接法。

　　它适用于要求完全密封的焊接,对尼龙、聚乙烯和聚苯等结晶树脂材料的焊接尤为可行。其焊接过程是先熔化最初的接触区域,然后靠焊接机的可控压力,沿垂直壁面还步焰化余量部分。由于焊接牢度与二接触面的接触长度成正比,所以接触长度不得少于焊件壁厚的125倍。

图4所示为超声嵌焊法。

　　这是将金属元件入塑料内焊接的一种新工艺,它取代了那种围着金属元件注塑以在其周围产生应力的旧方法。在旅焊法中,塑料件和被嵌入金属的公差配合一般为04mm左右。若要增加抗拉能力,可将嵌入物表面加工成蚁纹型成开多道狭擅。若要加掘转强度,可将它加工成轴向滚花。

　　图4还显示了二种可行的嵌入方式,一种是忽料舟件与焊头相接,另一种是将金属嵌入物与焊头相接。一般情况下,宜采用前种方式,因它既可避免焊头接触金属嵌入物所造成的磨损和噪声问题,又可降低对焊头的选材要求。如嵌入物外径小于6mm,超声功率可取300~500W;如大于6mm小于12mm,可取700~900W;如大于12mm或多头焊接,则至少取1200W以上。一般而言,焊头表面直径应为嵌入物的3倍左右,这可使声朝合处在最佳状态

图5所示为超声铆焊法。

　　它采用可控熔化来形成塑料螺栓,以便固定组合件的另一部分。

　　图5超声焊图a)为最通用的铆焊形式。塑料熔解是在焊头型腔的尖端开始的,焊头的直径一般设计为铆杆的一倍。这种焊法对于锦焊非耐磨热塑性塑料是理想的。对铆杆直径较细的耐磨热塑性塑料从面减少了超声能量的传输消耗,并降低了焊头与铆杆间的中心校正要求,此外周都的外观也较为光滑。

　　若对被焊元件的外观和牢度要求不高,可采用图5()这种滚花刻痕铆焊形式，这种方法可简化铆焊步骤和加速焊接进程,也无需焊头型腔和确定中心位置,并适宜进行多头焊接。

对焊面要求平整且厚度已不能增加的部件,可采用图5d这种埋头铆焊形式。

　　在铆杆直径大于5mm的情况下,可果用图5(e)这种凹形铆焊形式这种方法能防止表面下陷和消除内部汽泡,因而可提高焊接质量力,有时需要在一次操作中同时进行多头铆焊,此时焊头应设计成半波长或全波长。若各铆杆的焊面处在同一平面上,且它们的间距在12mm以内,则应取半波长,若铆焊大部件,且间距又较宽,则宜采用全波复合焊头。

　　超声波塑料焊接机是一种高速度,高效率、高质量和高自动化的新一代塑料加工设备。它的问世,为塑料焊接新工艺的开发铺平了道路,必将使塑料工业发生巨大变革。