深圳市恒波超声波设备有限公司
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恒波超声波
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超声波塑焊机原理、工艺、应用

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发表时间:2019-10-17 21:55

恒波超声波设备公司是深圳知名超声波塑焊机生产厂家,专业生产各种规格频率功率超声波塑料焊接设备,技术行业领先。

超声波塑焊机是最为广泛的热塑性塑料连接设备之一,能够生产出永久牢固和美观的接头。

                                          自动追频超声波塑焊机4200w超声波塑焊机

超声波塑焊机按照用途可分为四大类:

(1) 超声波焊接Welding; (2) 超声波铆接Staking; (3)超声波刺穿Spot; (4) 超声波镶嵌Inserting。在这我们将重点研究超声波焊接(Ultrasonic Welding)原理、材料选择和焊缝设计。


超声波塑焊机焊接案例

超声波焊接过程描述

超声波焊接利用高频超声波能量(15-50 khz)产生低振幅(1-100μm)机械振动。这种振动传递到部件连接接头处,产生热量,导致热塑性材料熔化,冷却后形成焊缝。超声波焊接是目前已知的最快的焊接技术,焊接时间通常在0.1秒到1.0秒之间。超声波振动在热塑性塑料中产生正弦驻波。部分能量因为分子间摩擦而消散,导致材料温度升高。另一部分被传送到接头处,因边界摩擦产生局部加热。因此,超声波能量的最佳传输路径以及后续接头材料熔化行为,取决于零件的几何形状和材料的超声波吸收特性。振源越靠近焊缝接头,因为材料吸收损失的能量就越小。当振源到接头的距离小于6.4mm时,该过程被称为近场焊接。适用于具有高能量吸收特性的结晶材料和低刚度的材料。当振源到接头距离大于6.4mm时,该过程被称为远场焊接。适用于具有低能量吸收特性的无定形材料和高刚度材料。在接头表面容易产生高温,是因为接头表面“凹凸不平”,比材料本体更容易产生更大的应变和更大的摩檫力。对于许多超声波焊接应用中,在上零件表面有一个三角形凸起,被称为导能筋,该特征有助于在接头处聚集振动能量。

超声波塑焊机原理

在焊接过程中,超声波振动垂直于接头表面。导能筋上尖点在压力下与被焊接零件接触。在尖点上产生大量的热,导能筋开始熔化。焊接过程可分为4个阶段。

第一阶段,导能筋顶部熔化,熔化速度加快,随着接头两侧间隙减少,熔融的导能筋完全铺展并接触下方零件,此时导能筋的熔化速度降低。

超声波焊接过程观察.png

第二阶段,上下两零件面面接触,熔化区域加大。

第三阶段,稳态熔化阶段,形成具有一定厚度的熔融层,也伴随产生恒定的温度场。当过程达到设定的焊接能量,或时间,或距离或其它控制条件时,超声波停止。

焊接产生热量过程.png

第四阶段,继续保持压力,一些过量的熔体被挤压出焊缝,零件之间形成分子键连接并冷却。


超声波塑焊机原理




塑料焊接熔化过程.png塑料焊接微观过程.png


超声波塑焊机的优点和缺点

超声波塑焊机是目前工业中使用最为广泛的塑料连接技术,具有快速,经济,易于集成自动化,非常适合大批量生产作业,生产节拍可高达每分钟60件。焊缝稳定性好,强度高。焊接时间比其它焊接工艺都短,不需要复杂的通风系统来排除烟雾,以及冷却系统排除多余热量。能量利用率高。与其它塑料焊接工艺相比,生产效率更高,成本更低。模具设计相对简单,可实现快速换模,增加了设备的利用率和通用性。因为焊缝中不引入其它辅助焊接材料,所以焊缝干净无杂质,不影响设备的生物相容性,也广泛使用在要求更高的医疗保健行业。超声波焊接的局限性。当产品尺寸超过250mmX300mm,焊头设计困难,无法一次焊接完成。往往要采用多个焊头同步焊接,或者单个焊头多次焊接完成。超声波焊接结果的好坏,与焊缝结构设计、注塑件尺寸误差和变形有很大关系。超声波振动容易对敏感电子部件造成损伤,尽管采用更高频率和降低振幅能够减少这类损伤。


影响超声波焊接的因素.png

超声波塑焊机应用领域

超声波焊接几乎适用于所有主要行业。汽车:前灯、仪表盘、按钮和开关、燃料滤清器、液体容器、安全带锁扣、电子钥匙锁、灯组件、风管。电子和电器:开关、传感器、执行器等。医学:过滤器、导管、医用服装、口罩。包装:水泡袋、袋子、储存容器、管嘴。

                                                     

超声波塑焊机应用

咖啡杯,材料PP或PBT,采用沟槽+导能筋焊缝设计。



超声波塑焊机铆接工艺


电子产品配件,ABS塑料,超声波铆接工艺


交通警示灯超声波焊接


交通反光标志,车灯,PC+ABS材料,采用阶梯式超声波熔接线设计

车灯超声波焊接

 

电动车车灯,ABS+PMMA,采用简单三角形超声波焊接线



塑胶与金属片的超声波铆接


电子产品配件,超声波铆接,ABS+金属片


PC塑料超声波焊接

 

医疗产品PC瓶子


尼龙加纤材料超声波焊接


汽车行业配件,(汽车电机)尼龙加玻纤,要求密闭,采用剪切式超声波熔接筋


超声波点焊


过滤膜/吸音棉装配,材料尼龙+30%玻纤,采用超声波点焊,穿刺焊接


超声波埋置


电器产品外壳,铜螺母植入,超声波埋植






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