超聲波塑料焊接介紹

摘要：超聲波塑料焊接技術(shù)是一種新穎的工藝技術(shù)。
　　當(dāng)代社會(huì)，塑料的各種制品，已滲透到人們?nèi)粘Ｉ�活的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)也被廣泛應(yīng)用到航空、船舶、汽車、玩具、電子等行業(yè)。然而，由于注塑工藝等因素的限制，在相當(dāng)一部分形狀復(fù)雜的塑料制品不能一次注塑成型，這就需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝又相當(dāng)落后，不僅效率低，且粘接劑還有一定的毒性，引起環(huán)境污染和勞動(dòng)保護(hù)等問(wèn)題。傳統(tǒng)的這種工藝已不能適用現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展需要，于是一種新穎的塑料加工技術(shù)——超聲波塑料焊接以其高效、優(yōu)質(zhì)、美觀、節(jié)能等優(yōu)越性脫穎而出。
　　超聲波塑料焊接機(jī)在焊接塑料制品時(shí)，即不要填加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡(jiǎn)便、焊接速度快、焊接強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，超聲波焊接技術(shù)越來(lái)越廣泛地獲得應(yīng)用。
　　一、 超聲波塑料焊接機(jī)的工作原理。
　　當(dāng)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時(shí)間等三個(gè)因素，焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個(gè)量相互用有個(gè)適宜值，能量超過(guò)適宜值時(shí)，塑料的熔解量就大，焊接物易變形;若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能達(dá)大。這個(gè)最佳壓力是焊接部分的邊長(zhǎng)與邊緣每1mm的最佳壓力之積。
　　二、 超聲波塑料焊接的方法
　　1、 熔接法 超聲波振動(dòng)隨焊頭將超聲波傳導(dǎo)至焊件，由于兩焊件處聲阻大，因此產(chǎn)生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達(dá)到美觀、快速、堅(jiān)固的熔接效果。
　　2、 埋插法 螺母或其它金屬欲插入塑料工件。首先將超聲波傳至金屬，經(jīng)高速振動(dòng)，使金屬物直接埋入成型塑膠內(nèi)，同時(shí)將塑膠熔化，其固化后完成埋插。
　　3、 鉚接法 欲將金屬和塑料或兩塊性質(zhì)不同的塑料接合起來(lái)，可利用超聲波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅(jiān)固。
　　4、 點(diǎn)焊法 利用小型焊頭將兩件大型塑料制品分點(diǎn)焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上，從而達(dá)到點(diǎn)焊的效果。
　　5、 成型法 利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型，當(dāng)塑料凝固時(shí)可使金屬或其它材質(zhì)的塑料牢固。
　　6、 切除法 利用焊頭及底座的特別設(shè)計(jì)方式，當(dāng)塑料工件剛射出時(shí)，直接壓于塑料的枝干上，通過(guò)超聲波傳導(dǎo)達(dá)到切除的效果。
　　三、 起聲波塑料焊接機(jī)的組成及其作用
　　超聲波塑料焊接機(jī)由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。
　　1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
　　包括有：過(guò)滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。
　　工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。
　　2、控制系統(tǒng)
　　控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。
　　主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開(kāi)氣路閥門，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統(tǒng)將氣路閥門換向，使焊頭回升復(fù)位;二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過(guò)程。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號(hào) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間 去除超聲發(fā)射 繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間 退壓，焊頭回升 焊接結(jié)束。
　　3、超聲波發(fā)生器
　　1) 功率較大的超聲波塑料焊接機(jī)，發(fā)生器信號(hào)采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。
　　2) 功率在500W以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。
　　4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)
　　1) 換能器
　　超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。在以上三個(gè)組成部分中，驅(qū)動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(zhǎng)縱向振子與四分之一的波長(zhǎng)縱向振子，半波長(zhǎng)縱向振與半波長(zhǎng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(zhǎng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(zhǎng)縱向振子與四分之一波長(zhǎng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(zhǎng)換能器。
　　2) 工具頭
　　對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多。
　　四、 超聲波塑料焊接機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
　　超聲波塑料焊接機(jī)由于使用場(chǎng)合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一樣，其規(guī)格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機(jī)的幾十瓦到大型機(jī)的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內(nèi)。