塑料超聲波焊接工作原理微觀過程分析

　　超聲波焊接是廣泛認可和接受熱塑性材料的方法。它具有許多優(yōu)點，包括工藝可靠性和重復性，比其他接合技術更低的能源使用，節(jié)省材料（因為不需要消耗品，如膠水或機械緊固件）和節(jié)省勞動力。

　　但是與任何流程一樣，存在這種技術的明顯問題可能會中斷生產(chǎn)過程的情況。解決和避免這些問題的關鍵是了解其可能的起因。成功使用超音波焊接的處理器通常具有兩個主要特征：它們具有良好的文件化，驗證的焊接工藝; 這個過程由居民訓練有素的“冠軍”支持和維護。如果這些重要因素中的一個或兩個不存在，您很可能很快就要求幫助。即使同時存在，有可能至少需要一些幫助或技術幫助。

過程如何工作
　　在研究超聲波焊接問題的常見原因之前，讓我們花點時間來了解焊接周期本身。在超聲波焊接中，通過振動工具（通常稱為“喇叭”或“超聲波”）將兩部分的表面施加高頻振動。由于在部件之間的界面產(chǎn)生摩擦熱，焊接發(fā)生。超聲波振動是通過一系列組件（電源，轉(zhuǎn)換器，增壓器和喇叭）產(chǎn)生的，這些部件可以向部件提供機械振動。

　　如圖所示。1，電源采用標準電線電壓，并將其轉(zhuǎn)換為工作頻率。在以下示例中，我們將利用20 kHz的常用超聲波焊接頻率，盡管焊接可以在15至60 kHz范圍內(nèi)進行，以滿足特殊需求。在運行中，電源通過RF電纜將指定頻率的電能發(fā)送到轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器利用壓電陶瓷將電能轉(zhuǎn)換成電源工作頻率下的機械振動。這種機械振動根據(jù)增壓器和喇叭的結(jié)構(gòu)而增加或減少。適當?shù)臋C械振動幅度由應用工程師確定，并基于部件中使用的熱塑性材料。

待焊接的部件被放置在機械負載下，通常具有保持助力器和喇叭的氣動致動器。在這種負載下，機械振動被傳遞到材料表面之間的界面，其聚焦振動以產(chǎn)生分子間和表面摩擦。這種摩擦產(chǎn)生熱量和隨后的熔體，其凝固成焊接粘結(jié)。

　　超音波系統(tǒng)的基本部件是電源，執(zhí)行器和堆疊（參見圖2）。電源將線路電壓標稱為120-240V，并將其轉(zhuǎn)換為高電壓，高頻信號。它還包含以受控方式操作執(zhí)行器和堆疊所需的編程，以實現(xiàn)所需的焊接結(jié)果。致動器氣動或電動伺服操作，可作為獨立的臺式機組或集成到自動化系統(tǒng)中，將超聲波模具朝向要連接的部件移動。它將所需的力應用于材料以幫助創(chuàng)建焊接條件。

　　超聲波振動系統(tǒng)。它通過與部件直接接觸將振動能傳遞到密封/接合表面。超聲波振動通常包括三個項目：超聲波換能器，其包含以所施加的電源信號的頻率振蕩的壓電陶瓷晶體換能器。當這些晶體振蕩時，它們物理地膨脹和收縮，從而在換能器的輸出側(cè)產(chǎn)生可測量的機械運動（稱為峰 - 峰幅度）。

　　第二部分，增壓器在其中間部分帶有一個連接的環(huán)，具有兩個功能：它作為堆疊進入致動器的安裝點，并且還用于放大或減少傳感器中產(chǎn)生的輸出運動。

　　振動系統(tǒng)的第三個也是最后一個部件是將要接合的零件的超聲波焊接模具。模具表面設計成與產(chǎn)品接觸面一致，或者可以在膠片/紡織品應用中具有添加到其接觸面的密封輪廓。對于振動系統(tǒng)中的每個部分，都被設計成與其他組件匹配結(jié)合，以達到最佳幅度輸出水平，以允許超聲波焊接盡可能高效地發(fā)生。

典型的問題
問題通常發(fā)生在四個方面之一：

1. 設備：超聲波焊接設備或各種焊接部件不吻合；
2. 過程參數(shù)：所使用的參數(shù)不適合正在連接的部件；
3. 材料：對零件中使用的材料的類型，組成或物理/機械特性進行更改；
4. 塑膠結(jié)構(gòu)設計：零件幾何的某些細節(jié)不適合重復或成功焊接。

還應該指出的是，有時在一個領域確定的問題可能會在另一個領域暴露出一個弱點或不足之處。

　　我們從設備開始吧?？紤]在一個應用中產(chǎn)生成功焊接的設備和方法在另一個應用中會這樣做是很容易和通常合乎邏輯的。但這并不普遍。全球范圍內(nèi)，20 kHz超聲焊接機是目前應用最廣泛的一種; 由于其多功能性，這些焊工可提供高功率（高達6000W）和高幅度輸出，并且可以適應各種可用的刀具尺寸。對于生產(chǎn)超聲波焊接部件的合同制造商，20 kHz設備可以是一個偉大的投資，因為它提供許多應用將來使用的承諾。

　　然而，還有一些情況 - 特別是對于小而精巧的部件，其中20 kHz設備的高功率，高振幅能力對于某些組件來說也可能“積極”，可能導致?lián)p壞。一個可能的解決方案是減小輸入幅度，但是如果施加的振幅低于被焊接的聚合物的推薦水平，則不會起作用。