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超声波焊接的温度是多少?

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发表时间:2019-09-06 10:52

超声波焊接原理:

  超声波作用于热塑性的塑料接触面时,会产生每秒几万次的高频振动,这种达到一定振幅的高频振动,通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差,一时还不能及时散发,聚集在焊区,致使两个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体。当超声波停止作用后,让压力持续几秒钟,使其凝固成型,这样就形成一个坚固的分子链,达到焊接的目的,焊接强度能接近于原材料强度。

   

超声波焊接温度

超声波焊接过程

超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅,所加压力及焊接时间等三个因素,焊接时间和焊头压力是可以调节的,振幅由换能器和变幅 。杆决定。这三个量相互作用有个适宜值,能量超过适宜值时,塑料的熔解量就大,焊接物易变形;若能量小,则不易焊牢,所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。


常见塑料的超声波焊接性能.png

超声波焊接的温度解释:

      从上述超声波焊接原理来分析,超声波焊接机本身是不产生温度的,是塑料壳上下接触面高频振动摩擦产生热量。初次接触超声波焊接设备的朋友,一般不理解这个原理,我们一般会让他用手去触摸超声波焊头,并不会发热,并不会像传统其他焊接方式一样,如热板、热熔、甚至是高周波焊接,本身都是需要加热才会发热的。

      超声波焊接塑料产品,焊接时产生的温度需要克服塑胶材质的熔点才可以实现粘合,不同的塑料材质,他们的性能是不同的,熔点也是不同的,需要采用的超声波频率和功率也是不同的。作为使用超声波焊接设备的技术人员,没有必要对焊接温度做深入分析。 如果焊接是出现了不良,可以通过优化焊接参数来解决问题。


  超声波焊接振幅与温度、焊接尺寸和焊接环境关系的试验,结合理论分析可知:当器件结构尺寸和焊接环境一定时,超声波焊接存在一临界振幅,当振幅小于该临界值时,在焊区最高温度到达Tg前温度场达到平衡,因此不管施加多长时间的超声波都不会出现剧烈的黏弹性产热过程,聚合物也不会发生熔融。进一步减小振幅,当振幅为14.4Um时,温度曲线显示,当焊接时间接近12s,温度才达到峰值,接着温度保持在该温度值附近直至超声过程结束。 

    比较振幅15.0μm和14.4μm的温度曲线可以看出,振幅减小,平衡温度会随之减小,而达到平衡温度所需要的时间变长。


所以,这一过程中的平衡温度可以通过振幅的大小来进行有效调节和控制,而并不像大振幅时所出现的剧烈黏弹产热过程那样难以控制。对低振幅超声波这一特性的有效利用,将有可能实现聚合物器件的超声波非熔融连接。

    另外,在实验中发现,超声波加工过程中极易出现焊接不均匀和局部过热的现象,这在很多文献中都有所提及,也是超声波焊接的主要缺陷。

    根据上面的理论和实验分析,这主要是因为:当焊区表面互相接触时,超声能量会在首先接触的区域集中而使局部温度升高,当该区域温度到达玻璃点转化温度后,由于黏弹热使温度进一步迅速升高产生熔融,在热传导作用下该局部区域附近材料的温度也会很快到达玻璃点转化温度而产生剧烈的黏弹热,这种恶性循环会使大部分超声能量集中在该区域,从而使该区域材料熔融,甚至过热分解,产生焊接不均匀的现象。而低振幅超声波能够使温度维持在玻璃点转化温度以下,对于这种焊接不均匀现象的改善具有重要意义。


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