塑料超声波焊接工作原理微观过程分析

　　超声波焊接是广泛认可和接受热塑性材料的方法。它具有许多优点，包括工艺可靠性和重复性，比其他接合技术更低的能源使用，节省材料（因为不需要消耗品，如胶水或机械紧固件）和节省劳动力。

　　但是与任何流程一样，存在这种技术的明显问题可能会中断生产过程的情况。解决和避免这些问题的关键是了解其可能的起因。成功使用超音波焊接的处理器通常具有两个主要特征：它们具有良好的文件化，验证的焊接工艺; 这个过程由居民训练有素的“冠军”支持和维护。如果这些重要因素中的一个或两个不存在，您很可能很快就要求帮助。即使同时存在，有可能至少需要一些帮助或技术帮助。

过程如何工作
　　在研究超声波焊接问题的常见原因之前，让我们花点时间来了解焊接周期本身。在超声波焊接中，通过振动工具（通常称为“喇叭”或“超声波”）将两部分的表面施加高频振动。由于在部件之间的界面产生摩擦热，焊接发生。超声波振动是通过一系列组件（电源，转换器，增压器和喇叭）产生的，这些部件可以向部件提供机械振动。

　　如图所示。1，电源采用标准电线电压，并将其转换为工作频率。在以下示例中，我们将利用20 kHz的常用超声波焊接频率，尽管焊接可以在15至60 kHz范围内进行，以满足特殊需求。在运行中，电源通过RF电缆将指定频率的电能发送到转换器。转换器利用压电陶瓷将电能转换成电源工作频率下的机械振动。这种机械振动根据增压器和喇叭的结构而增加或减少。适当的机械振动幅度由应用工程师确定，并基于部件中使用的热塑性材料。

待焊接的部件被放置在机械负载下，通常具有保持助力器和喇叭的气动致动器。在这种负载下，机械振动被传递到材料表面之间的界面，其聚焦振动以产生分子间和表面摩擦。这种摩擦产生热量和随后的熔体，其凝固成焊接粘结。

　　超音波系统的基本部件是电源，执行器和堆叠（参见图2）。电源将线路电压标称为120-240V，并将其转换为高电压，高频信号。它还包含以受控方式操作执行器和堆叠所需的编程，以实现所需的焊接结果。致动器气动或电动伺服操作，可作为独立的台式机组或集成到自动化系统中，将超声波模具朝向要连接的部件移动。它将所需的力应用于材料以帮助创建焊接条件。

　　超声波振动系统。它通过与部件直接接触将振动能传递到密封/接合表面。超声波振动通常包括三个项目：超声波换能器，其包含以所施加的电源信号的频率振荡的压电陶瓷晶体换能器。当这些晶体振荡时，它们物理地膨胀和收缩，从而在换能器的输出侧产生可测量的机械运动（称为峰 - 峰幅度）。

　　第二部分，增压器在其中间部分带有一个连接的环，具有两个功能：它作为堆叠进入致动器的安装点，并且还用于放大或减少传感器中产生的输出运动。

　　振动系统的第三个也是最后一个部件是将要接合的零件的超声波焊接模具。模具表面设计成与产品接触面一致，或者可以在胶片/纺织品应用中具有添加到其接触面的密封轮廓。对于振动系统中的每个部分，都被设计成与其他组件匹配结合，以达到最佳幅度输出水平，以允许超声波焊接尽可能高效地发生。

典型的问题
问题通常发生在四个方面之一：

1. 设备：超声波焊接设备或各种焊接部件不吻合；
2. 过程参数：所使用的参数不适合正在连接的部件；
3. 材料：对零件中使用的材料的类型，组成或物理/机械特性进行更改；
4. 塑胶结构设计：零件几何的某些细节不适合重复或成功焊接。

还应该指出的是，有时在一个领域确定的问题可能会在另一个领域暴露出一个弱点或不足之处。

　　我们从设备开始吧。考虑在一个应用中产生成功焊接的设备和方法在另一个应用中会这样做是很容易和通常合乎逻辑的。但这并不普遍。全球范围内，20 kHz超声焊接机是目前应用最广泛的一种; 由于其多功能性，这些焊工可提供高功率（高达6000W）和高幅度输出，并且可以适应各种可用的刀具尺寸。对于生产超声波焊接部件的合同制造商，20 kHz设备可以是一个伟大的投资，因为它提供许多应用将来使用的承诺。

　　然而，还有一些情况 - 特别是对于小而精巧的部件，其中20 kHz设备的高功率，高振幅能力对于某些组件来说也可能“积极”，可能导致损坏。一个可能的解决方案是减小输入幅度，但是如果施加的振幅低于被焊接的聚合物的推荐水平，则不会起作用。