超聲波焊接工藝參數

超聲波焊接主要工藝參數有：超聲波振幅、焊接時間、保壓時間、焊接壓力、超聲波頻率等。最佳焊接規范隨待焊組件和所用的焊接設備而定。焊接參數的調度取決于零件的尺度和剛度，尤其是焊頭觸摸點和焊接接頭之間的距離。焊接才干遭到塑料傳遞超聲振動才干(且零件不遭到損傷)的約束。

1.超聲頻率

超聲波常用的頻率有20、30、40 kHz， 15 kHz常用于半結晶性塑料。20 kHz是最常用的超聲波頻率，由于這一頻率熔化熱塑性塑料必需的振幅和功率簡單抵達，但它或許產生許多難以控制的機械振動，工具變得很大。產生較少振動的較高頻率(40 kHz)是可行的，一般用于焊接工程塑料和增強聚合物。高頻率焊接設備的利益包含：噪聲小、零部件尺度小、增強零件維護(由于削減循環應力和接頭界面外部區域不加選擇的加熱)、前進機械能量的控制、下降焊接壓力、加速加工速度。缺點是由于零部件尺度小，功率容量下降及由于振幅下降，難以進行遠場焊接。較高頻率超聲波焊機一般用于焊接小型、精細零件(如電氣開關)及材料降解需較少的零件。關于15 kHz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20 kHz焊機焊接時的材料降解少。用20 kHz牽強能焊的零件(尤其是那些由高性能工程樹脂加工成的)，用15 kHz能有效地焊接。在較低頻率下，焊頭有較長諧振長度，在一切維度能夠做得更大。選用15 kHz的另一重要利益是同運用較高頻率比較，大大下降了超聲波在塑猜中的衰減，答應焊接更軟的塑料及更大的遠場距離。

2.超聲波振幅

成功焊接取決于焊頭端部的恰當振幅。關于一切變幅桿/焊頭組合，振幅是固定的。根據待焊材料選擇振幅以獲得恰當程度的熔化。一般說來，半結晶性塑料與非結晶性塑料比較需更多的能量，因此需更大的焊頭端部振幅。現代超聲波焊接機上的進程控制答應分階。高振幅用于初步熔化，低振幅用以控制熔化材料的粘度。增加振幅會改善剪切接頭規劃零件的焊縫質量。關于對接接頭而言，跟著振幅的增加，焊縫質量前進且焊接時間削減。在用導能筋的超聲波焊接中，平均熱耗率(Qavg)取決于材料的復合損耗模量(E?)、頻率(ω)和作用應變(ε0)： Qavg=ωε02 E?/2 熱塑性塑料的復合損耗模量與溫度密切相關。在抵達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。在加熱初步后，焊接界面處的溫度急升(達1 000 ℃/s)。作用應變與焊頭的振幅成正比，所以能夠通過改動振幅來控制焊接界面的加熱。振幅是一個控制熱塑性塑料揉捏活動速率的重要參數。高振幅時，焊接界面加熱速度較高，溫度上升，熔化材料活動速度較快，導致分子取向增加，產生許多飛邊及焊縫強度較低。高振幅關于初步熔化是必需的。太低的振幅產生不均勻的初步熔化和過早的熔體凝聚。當增加振幅時，更許多的振動能量耗費在熱塑性塑猜中，待焊零件承受更大應力。在整個焊接循環進程中振幅恒守時，一般選用的是對待焊零件不至于產生過量危害的最高振幅。關于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。這或許是由于結晶性塑料的熔化和焊接需求更多的能量。振幅能夠機械調度(通過更換變幅桿或焊頭)或許電氣調度(通過改動供應給換能器的電壓)。在實踐中，較大振幅調度選用機械辦法而微調用的是電氣辦法。高熔點材料、遠場焊縫及半結晶性塑料一般需求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規劃是30~100 μm，而結晶性塑料為60~125 μm。振幅分階(amplitude profiling)能夠完成出色的熔體活動和一起的高焊縫強度。關于組合的振幅和力分階，高振幅和作用力用于初步熔化，然后振幅和作用力下降以下降沿焊合線的分子取向。

3. 超聲焊接時間

焊接時間是施加振動的時間。每一用處適合的焊接時間由試驗承認。增加焊接時間會前進焊縫強度直至抵達最佳時間停止。進一步增加焊接時間會導致焊縫強度下降或許只是稍稍增加強度，而與此同時會增加焊縫飛邊和前進產生零件壓痕的或許性。避免過焊是很重要的，由于會產生需修整的過量飛邊，這或許下降焊縫質量，在需密封接頭的零件中產生漏隙。焊頭或許擦傷外表。較長焊接時間時在遠離接頭區域的零件部分還或許出現熔化和開裂，尤其在模制件中的孔洞、焊合線和尖角處是這樣。

4. 保壓時間

保壓時間是指焊后零件在無振動壓力下結合和凝聚的標稱時間。在大部分情況下，它并不是一個要害參數，0.3~0.5 s一般足夠了，除非內載荷易于拆開焊接零件(如焊前壓縮的螺旋彈簧)

5. 焊接壓力

焊接壓力供應了焊頭與零件耦合所需的靜力，以便振動傳入零件中。在焊接循環的保壓階段接頭處的熔化材料凝聚時，相同的靜載荷保證零件連成一體。最佳壓力的承認關于出色焊接是必不可少的。假定壓力過低，會構成能量傳遞差或不足的熔體活動，導致不必要的長時間焊接循環。增加焊接壓力會削減完成相同位移所需的焊接時間。假定壓力過高，會構成沿活動方向的分子取向及下降焊縫強度，或許產生零件壓痕。極點情況下假定相關于焊頭端部振幅來說壓力過高，或許會過載、使焊頭中止。在超聲波焊接中，高振幅需低壓力，低振幅需高壓力。跟著振幅的增加，可接受的壓力規劃變窄。因此高振幅時最重要的是找到最佳壓力。大多數超聲波焊接是在恒壓或恒力下進行的。關于某些裝置，循環進程中力是能夠改動的，即進行力分階(force profiling)，在超聲波能量施加給零件期間焊接作用力減小。在焊接循環后期下降的焊接壓力或作用力削減了從接頭處的材料擠出量，延長分子間擴散時間，減低分子取向并前進焊縫強度。關于有較低熔體黏度類似聚酰胺的材料而言，這或許大大前進焊縫強度。

6. 焊接方式

按時間焊接稱之為開環進程。待焊零件在焊頭下降和觸摸之前裝配于工裝夾具之中。然后超聲波作用于組件一段固守時間，一般是0.2~ 1 s。這個進程并不出現成功焊接。成功焊接是在假定固定的焊接時間導致固定量的能量作用于接頭，產生可控量的熔化條件下的抱負情況。實際上，從一個循環到下一循環保持振幅吸收的功率并不是一樣的。這是由于多個要素構成的(如兩零件之間的合作)。由于能量隨功率和時間而改動，時間固定，施加的能量從一個零件到下一零件會產生改動。關于一起性非常重要的大批量生產，這顯然是不合乎要求的。按能量焊接是具反應控制的閉環進程。超聲波機器軟件測量吸收的功率并調度加工時間以便向接頭傳遞所需的能量輸入。這個進程的假定是假定每道焊縫耗費的能量相同，接頭處熔化材料的數量每次是相同的。然而實際情況是在焊接套件中以及尤其在焊頭和零件界面處存在能量損耗。成果，某些零件或許比其它零件獲得更多的能量，或許構成焊縫強度不一起。按距離焊接答應零件按特定的焊接深度連接。這種方式運作不取決于時間、吸收的能量或功率，補償模制件中的任何尺度偏差，因此最好地保證了每次在接頭中熔化相同數量的塑料。為了控制質量，能夠對構成焊縫所用的能量或所花的時間設定極限。