超声波塑料焊接特性的研究Ⅰ

全文： 超声波塑料焊接特性的研究

Ⅰ 对塑料超声熔焊特性进行了研究,熔焊过程中高频电功率可分为三个阶段,t1振动摩擦发热,t2熔焊为一体,t3能量过剩。

   本研究为开发自动熔焊设备和提高熔焊质量提供有用信息。对塑料超声熔焊特性进行了研究,熔焊过程中高频电功率可分为三个阶段,t1振动摩擦发热,t2熔焊为一体,t3能量过剩。

】   本研究为开发自动熔焊设备和提高熔焊质量提供有用信息。

　５ 摘要　对塑料超声熔焊特性进行了研究，熔焊过程中高频电功率可分为三个阶段，ｔ１振动摩擦发热，２熔　　焊为体，亡３能量过剩．熔焊拉力强度Ｆ随着单位体积所消耗高频电能Ｐ增加而提高，选到饱和状态，Ｆ　进到饱和后，继续增加Ｐ熔焊件焊缝凸起．本研究为开发自动熔焊设备和提高熔焊质量提供有用信息

     引言　超声波焊接机技术比粘接及高频焊接等其它技术，有着较高的生产效率，所以近年来得到快　速发展和应用．超声熔焊是由于超声振动作用焊接面处，短时间内产生的热，又在静压力作用下　熔焊成一体．超声熔焊时所产生的热，可分为内部损耗发热，和焊接面处振动摩擦发热［．所有　１１的热都是由输入给换能器的高频电能转换而来，所以输入电功率变化过程，及熔焊试件单位体积　所消耗的高频电能（电能密度）熔焊效果有很大的关系。但此前多为小信号状态的研究，对大　，对功率实用状态熔焊特性的研究报导较少．　　

          本研究中选了工业和日常使用较多、机械性能好、但很少有人研究的Ｐ（碳酸酯）料　Ｃ聚材自制１０２０件熔焊试件，进行了各种条件下的实际熔焊实验，用示波器观察研究熔焊时输入电功　率变化过程，该过程可分为三个阶段　ｔ振动发热阶段，ｔ熔焊阶段，ｔ输入能量过剩　１为２为３为阶段，并得出高频电能密度ｐ与熔焊强度Ｆ之间的关系．　 １测量实验设置　 甲　【　 ±　ｌ　 本实验所用Ｐ熔焊试件为圆柱形，Ｃ分　为上下两部分、外形如图１所示，Ａ图为　上件；Ｂ图为下件。了防止熔焊过程中，为　因振动造成焊接面相对滑动，加工壁厚１特　ｏ，深２ｍｍ的圆环。试件的长度及数量　ｔｉｎ为表１所示，Ｈ＝Ｈ　的间隔２５ｍｍ．　　　 … １ —　ｒ ｌ～　　Ａ． 图１Ｃ溶焊试件图　　Ｐ表１　ＰＣ熔焊试件长度及数量表　试件号　＾　Ａｔ　日　Ｂｔ　Ｃ　Ｄ　Ｄｔ　Ｅ　 Ｅ１　 Ｈ（ｍｍ）　Ｈ　ｍｍ）（　数量　 １　Ｏ１　０ｌ０１００　０　 １．２５　１　　２５１００　１００　 １　５１　５１０ｌ００　０　 １．　５　１　７　５ｌ００　１００　 ２　Ｏ 葡　Ｆ　Ｆ１　 ２．２５　 ２　０１０１００　０　ｌ００　 ２　　２５１００　 甲口　

  图２塑辑超声熔焊特性测量实验框图　１加压系统．２超声换能振动系统　．． 图３熔焊拉力强度测试装置　框图１拉力强度显示系统．２压缩空气源．　　 ３．上熔焊试件．４．下熔焊试件，５．下　声极（夹具）６熔焊台架．７记录仪．．．．　８记忆示波器．９高频电功率计．１超　０ ３拉力台架４夹头５下焙焊试件　　　６上熔焊试件　７气缸　 声发生器（电源）Ｌ时间控制系统　．ｌ 熔焊实验所用设备框图为图２示，其加压系统、超声换能振动系统、熔焊台架、时间控制　所系统、超声发生器均采用ＷＡ６８－２５型塑料超声熔焊机部件，该超声发生器具有频率自动跟踪和恒振幅控制系统，谐振频率，＝１9.95．士０５kＨｚ，高频电功率计具有测试信号输出功能，示渡器　　具有记忆功能，下声极为＾２高度的合金铝圆柱，并在上端加工了直径稍大于下焊件直径、深度　／２ｉｉ的盲孔、把下焊件放置在里面，以防止熔焊中试件的滑动　　ｎｎ实验按下列程序进行，熔焊时间分别为０２、０３、０４、０５、０　；停振后加压时间与　．　．．．Ｓ６熔焊时间相同　静压力分别为０．０４、０５ＭＰ３、．．　ａ，工具头端面振动振幅（—Ｐ）别为５　Ｐ分０、６０、７　ｍ　对每种长度１０对试件进行排列组合，种条件状态下基本有３组试件进行实验，００每　对所得数据求和，再取平均值　关于熔焊过程中高频电功率变化状态的记录，是采用将发生器输　出给换能振动系统的电功率，通过高频电功率计测试信号输出端，加到示被器上可显示出熔焊时　电功率变化的全过程，再用记录但进行记录，可得出任意时刻电功率值．　 熔焊强度是衡量熔焊效果的重要指标之一，熔焊强度测量装置为图３所示，采用气动拉力方　法　 ２实验结果与分析　通过对各种条件状态下Ｐ材料超声熔焊实验，熔焊时电功率变化状态为图４所示，其中Ｃ　ａ、ｂ、ｃ图中的曲线，所使用的熔焊试件外形完全一样，振动振幅均为７　ｍ（—Ｐ）０Ｐ，静压　力为０５ＭＰ．　ａ，焊时间分别为０２、０４、０５ｓ熔．．．。熔焊高频电功率变化曲线显示为三种状态，　　１程为振动摩擦发热阶段、熔焊面摩擦发热是塑料熔化最主要的热量【，但　１时间较短，未　过　 能获得足够的热量使熔焊面熔化，熔焊强度较低，只有０８ｋＦｍｍ　、熔焊后外观无变形，但熔　．ｇ／　焊效果不良；１．２为熔焊阶段，此时所获得热量使熔焊面全部充分熔化，在静压力的作用下被熔　焊成一体，熔焊强度为２９ｋＦｍｍ。以上的高强度，熔焊后外观无变形，熔焊效果优良；亡　．　ｇ／３３为输入能量过剩阶段，由于所获得的能量超过了熔焊面熔化所需的能量，造成熔化层加厚，又因静　压力的作用，使熔焊缝径向凸起，熔焊后外现变形较大，虽然熔焊强度达到要求，但熔焊效果不　良。熔焊效果良否，由熔焊强度和熔焊后外观是否变形两方面因素所决定．　 （）　　 ｆ、ｂ，　 （　ｃ） 图４　ＰＣ熔焊过程电功率变化曲线图　 熔焊时所消耗的高频电能Ｐ为（）１式，Ｗ为熔焊时的电功率，也就等于图４中ｂ图电功率　曲线所包围的面积。以上熔焊试件单位体积所消耗的高频电能【电能密度）ｐ为（）２式，Ｖ为上　熔焊试件的体积（ｍ。ａｒ）。图５为实验所得高频电能密度ｐ与熔焊强度Ｆ的关系。ａ图静压力为　０．３ＭＰａ、ｂ图静压力为０４ＭＰ．ａ、ｃ图静压力０５ＭＰ．ａ。由图中看出随着电能密度ｐ的增加，　（）１　（）２　４期　 牛　勇：塑料超声熔焊特性的研究１　 ３９１　 强度Ｆ也提高，但当Ｐ增加到某一值时，强度Ｆ则饱和，Ｐ再继续增加，Ｆ反而不再增长，熔　焊后试件焊缝凸出，长度方向变形量增大。从ａ、ｂ、Ｃ三图中也可看出　静压力对强度Ｆ的　影响约为ｌ％，静压力较大时达到饱和熔焊强度Ｆ所需的电能密度Ｐ较小。ｏ　 一｝ｈＥ　Ｅ　 　 、、型罩　差　 ＝＝　　 ：。　 三　一 、 　 ‘　 差　 帛额电脆峦啦Ｐ　 （　　ｗｓｍ （）静压力０３ＭＰａａ．　 拍翎电能嵩膻ｐ—ｗｆｓ…　 （】静压力０４ＭＰ　ｂ　ａ３０２　 声　 学　 学　 报　 １９９８年　 ■　 隹　５　 享　蔷＿　 ００　　４ ００　　８ Ｏｔ　　２ 高额电能密度Ｐ『　ｓｍ）ｃ．　　ｗ ［】静压力０ｇＭＰａｃ．　圈５高频电能密度Ｐ与焙焊强度Ｆ之间的关系　 ３小结　塑料超声熔焊特性研究表明，熔焊过程中电功率变化可分为三个阶段，ｔＩ振动摩擦发热，　ｔ焊为一体，ｔ量过剩。熔焊强度Ｆ随着高频电能密度Ｐ增加而提高，达到饱和状态将　２熔３能． 对开发自动塑料超声熔焊设备、及提高培焊件质量提供有用的信息．　感谢东京工业大学名誉教授森荣司先生的指导，和ＫＡＩＯ会社桥本芳树先生的大力帮助．Ｊ　

深圳市恒波超声波设备有限公司,专业设计制造超声波塑料焊接机(或叫超声波塑焊机、超声波焊接机、超声波熔接机)，小型超声波清洗机以及二手超声波、超声波维修等服务。在深圳超声波行业中，公司产品一直立于不败之地！来电有惊喜 13510929282.