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恒波超聲波
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常見的超聲波焊接方法以及超聲波焊接線設計

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常見的超聲波焊接方法以及熔接口的設計

一.超聲波焊接

  超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面,在加壓的情況下,使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。


超聲波塑料焊接機

  超聲焊接需要包含超聲波發生器、超聲波換能器、超聲波變幅桿、超聲波焊頭等部件。

二.超聲波焊接過程


超聲波焊接過程

1、超聲波焊頭對塑料表面施壓

2、超聲波焊頭每秒20000到40000次振動

3、振動產生摩擦熱使材料融化粘接

三.焊接類型

1.超聲波埋植

  超聲波埋植指的是超聲波焊頭在壓力下將金屬零件擠入塑料孔內


超聲波埋置

2.超聲波鉚焊

  超聲波鉚焊法指的是振動的焊頭壓制物品的突起處使其熱熔為鉚釘狀,從而使兩物體機械鉚合


超聲波鉚接

3.超聲波點焊

  超聲波點焊指的是對于焊線不易設計的物體進行分點焊接,同樣可達到熔接效果。


超聲波點焊

4.超聲波成型


超聲波成型



四?.超聲波焊接為什么要設計超聲線及設計方法?

圖1 無定形和半結晶聚合物所用的能量導向囂的近似尺寸

   此圖所示的焊接接頭是對普通能量控制接頭設計的獨特的改進.下面式件用一個粗糙或有紋理的表面改進.將會提高焊接質量,焊接強度和焊接完成的容易程度.其它許多有紋理的接頭外形也是可行.

  溢料問題可通過把溢料污染槽引入接關設計中而降低,為安全,一般溢料槽設計至少10%的過度體積容量.

超聲波熔接線

  緊壓接頭:為了使溢料形成的可能性最小,緊壓接頭設計的目的是阻擋熔體或將熔體保持在熔區內.緊壓接頭對半結晶的塑料材料如尼龍是有用的.因為接關結構更復雜,緊壓接關所需的制件配合公差相對嚴格.與三角能量導向囂焊接相比,較大的接頭結構也需要附加振幅和焊接能量.典型的緊壓焊接幾何結構如圖2所示.

超聲波熔接線


圖2 典型的超聲緊壓焊接結構

制件找平

  簡單對接沒有任何措施解決制件相互找平或對中.制件找平更適于用模塑定位銷或雙頭螺完成.而z形接能自動找平,且在使用時耐拉伸且改進了搞剪切負荷性.并能消除外部溢料.

圖3超聲焊接工藝用的典型z開接頭設計

超聲波熔接線

(a)焊接前的z接頭: (b)焊接后的z形接頭:(c)改進的

z形接頭:臺階附帶肩部掩蓋了不平性,結果使外觀改進


*槽舌接合不但提供了剪切強度而且提供了拉伸強度.這種接合是自對中的,接合區域的壁厚必須相對大以適應槽舌接合設計.另外,制件公差要求相對嚴.間隔加強筋改善了接頭找平.

防水型超聲波焊接線


圖4 超聲焊接機工藝用的典型槽舌接合設計

*剪切接頭

 當焊接半結晶聚合物(或其它難以焊接的聚合物)和需要密封接頭號時,一般推薦使 用剪切接。需要高強度,高質量接碚的環形和矩形制件都用剪切接頭。剪切接頭號具有搭接制件壁部分,當接頭被焊接和相互依次嵌入時,搭接部分產生公差和局部剪切。為了促進制件找平,接頭包含了調節部分。為了集中熔融能量,一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸面上降低。因為融化材料的溫度在整個接觸面上保持一致,制件被焊接時,兩表面熔融均勻。深度為1.0-2.0mm的使用0.13-0.5mm范圍內的公差值。為了防止在焊接過程中由于公差而產生的外部側壁翹曲,垂直的制件應盡可能淺,但在一邊用剪切制件改進的槽舌接頭可與較深的拉伸制件一起使用,提供中壁接頭,它使由于公差而產生的側壁翹曲最小。

如圖5所示。

超聲波焊接線

(a)焊接前的部件;
(b)焊接后的部件圖5典型的超聲焊接剪切接頭設計和典型的中壁組裝剪切接頭設計

1-槽舌剪切接頭:有助于阻止部件向內彎曲;

2-支撐夾具:目的是在焊接過程中阻止下面部件壁向外彎曲;

3-上面的部件;

4-下面的部件


*斜坡接合

斜坡接合設計也可為無定形和半結晶聚合物提供高強度密封接頭。斜坡接合是自固定的且最適合小尺寸的圓形或橢圓形制件。斜坡接合的焊接能量要求很高

圖6 超聲焊執著用典型的斜坡接合設計

超聲波導熔線

(a)斜坡接合; 改進的斜坡接合(附加公差)

溢料槽;2-夾具

 斜坡接合具有30-60度的角且應該在內裝配。為附加的熔區材料厚度增加的0.10-0.25mm的公差產生焊縫和溢料。當從功能或審美上不能接受溢料時,就使用收集器。


*帶嵌入密封裝置的焊接 用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠的密封。

 如圖7所示接頭制件裝有一個彈性環,以改善用超聲焊接接合可達到的密封安全性,或在連續的周邊焊接不可能的情況下使用。

超聲波熔接線

圖7 超聲焊接制件通常需要密封接頭
1-;能量導向器;
2-;彈性密封

*電栓焊; 超聲焊接設備也可生產電栓焊和銷套觸點焊接。在不需要密封接頭的應用中,銷套接頭可用來連接相同的塑料材料。

超聲波焊接線


上圖為超聲焊接設備可形成銷孔型剪切接頭

1-溢料收集器;2-焊接前;3-焊接后


*超聲鉚焊; 超聲焊接的變異是超聲鉚焊.即把一個熱塑性制件固定在另一個不同材料的制件上的方法.鉚釘或凸臺在底部應該 有十分大的半徑或圓角,以防裂紋或熔融.為了集中超聲能量,凸臺的頂端應該設計成與焊頭的初始接觸最小。凸臺頂部可以是平的或圓錐形的,半結晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。超聲鉚焊的完整性取決于鉚釘和焊頭之間的精確容量關系。

超聲波線

圖9超聲焊接設備可生產鉚焊或各種結構

  1.6mm的鉚釘;2-尖錐觸發熔融;3-14.0mm的鉚釘

*標準鉚焊; 直徑在1.6-4.0mm這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑料推薦使用標準外形。
*半球形鉚焊 直徑小于1.6mm的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對耐磨塑料是合適的。
*溢流式鉚焊; 溢流式鉚焊用在要求表面為平的或隆起的及鎖信制件的厚度被允許使用的應用中。
*空心鉚焊; 直徑大于4mm的凸臺或鉚釘去芯后可生盲孔凸臺。

如圖10所示

當嚙合制件中不允許有通孔時,超聲焊接設備也能形成機械互鎖。模制塑料鉚釘(與用于鉚焊的類似)和在嚙合制件中的盲倒角可形成以公差為基礎(假設帶倒角的制件不融化)的真正的機械接合。

超聲線

圖10 用超聲焊接形成機械互鎖的示例


1-帶軟化和變形鉚釘的熱塑性部件;2-具有倒角的嚙合部件;3-超聲波焊頭
的材料因素; 超聲焊接操作適合于多數熱塑性材料。
1無定形聚合物,特別是室溫下外于玻璃態的無定形物,通常是焊接工藝的好的候選材料。玻璃態無定形聚合物具有良好的透射性能,允許用看近場和遠場焊接技術成功焊接。當材料較軟時,開定形材料的超聲焊接就成問題。如:焊接高沖擊ps將比焊接通用ps一般需要更多能量和附加振幅。
2半結晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發射的能量值(即增加振幅);縮短焊頭/制件接觸面與接頭接口間的距離;使用近場超聲焊接技術;使用振幅高達0.05-0.15mm的焊頭.這些高焊接振幅需要使用鈦焊頭.當需要高強度、密封組裝時,剪切接頭和斜坡接合對半結晶聚合物都適用。
3焊接吸濕性聚合物:模塑后馬上焊接制件(在它們仍是干燥時);焊接前干燥制件;焊接前把制件存放在干燥器內。


※影響焊接性能因素

樹脂結晶和非結晶狀態

脫模劑

含水率

潤滑油

顏料

塑化劑

樹脂等級

填料

※適用材料

  超聲波焊接是一種快速、堅固、干凈和可靠的塑料和金屬連接工藝。用于熱塑性膠片和板的鏈接,大多數金屬都可以進行超聲焊接。

適用的塑料

  超聲波塑料焊接可用于所有熱塑塑料。在為部分結晶塑料制成的工件開縫時必須注意,這種塑料類型所采用的焊接方式與非晶態塑料的焊接方式大相徑庭。

   PS、ABS、Acrylic、ABS、SAN、PMMA、PC-ABS Blends、 Polycarbonate/PC、PC-ABS Blends、PPS、Polysulfone/PSO、PVC、ASA、PPO、PC-PBT Blends、Polyester、Ryton、PET、Polyamide Co-polymer (Nylon 6-3-T)、Valox Polyamide/Nylon 6、Polyamide/Nylon 6/6、PBT、PP、PE、Polyacetal、Ultem(PEI)

※超聲波焊接的一般特征

連接尺寸:受限

最大厚度(mm):聚合物:0.1~3;金屬 :0.01~10

不同材料可以連接

處理溫度范圍(℃)):聚合物 100~250;金屬 300~600


※超聲波塑料焊接的應用舉例

自動化、儀表、醫藥、紡織和玩具業。


超聲波連續焊接

鉚接


超聲波鉚接

在內襯、儀表盤、座椅和保險桿上的點焊、鉚接和壓接。

扭轉焊接


此方法是一種類型的高頻摩擦焊接。振動被切向施加

紙盒(飲料)


超聲波焊接方式

超聲波密封可以有效地滿足所有涂層紙盒材料的需要。

超聲波鑲邊

例如在金屬加工中,塑料制成的模制件也可以鑲邊。

嵌入金屬零件

超聲波埋置螺絲

借助超聲波能夠將螺紋嵌件、螺紋栓、金屬線或者其他金屬部件嵌入到熱后可塑性合成材料里。

杯子、碗、盤子和浮泡

包裝開包技術在客戶的產品驗收中越來越重要。

焊接


超聲波線的功能是,講所有能量集中到一起,然后很快將兩個焊接面熔接在一起。

點焊接

超聲波焊接

點焊主要使用在,沒有焊接接頭的平模具焊接。

袋子焊接的其它功能

超聲波焊接

特殊包裝袋的許多可能性:管、閥門、開口和紙盒標簽等等


※超聲波金屬焊接的應用舉例

薄板的點焊或者線焊、微型電路等。

電子線束+電線接頭

汽車的線束通過超聲波導電連接能夠實現完整的導電性。


電池

線性和扭力焊接能夠廣泛應用在電池焊接應用領域。

※超聲波焊接的一般特征

連接尺寸 受限

最大厚度(mm)

聚合物:0.1~3

金屬 0.01~10

不同材料可以連接

處理溫度范圍(℃))

聚合物 100~250

金屬 300~600

※超聲焊接適用產品

1、電器工程、電子學、照明工程、通訊業

焊接:插頭、電線插頭、接觸簧片、插座、電線卷軸、線軸、接觸件、熒光管盒、電動熔斷器、繼電開關、插頭注塑件、印刷電路板、保險絲盒、擠出線軸上的注塑成型的桿把手、電纜線圈、燈座、照明電池、手電筒殼、限位開關、信號燈、發話器-舌片-分離器-插頭。

鉚焊:分壓器、電線插頭的金屬插件、保險絲開關、印刷電路板、插頭。

卷邊焊、填充焊:電線固定夾、接觸盒的金屬插件、照明電池、插座、接觸簧片、帶固定連接的線軸、金屬輪的塑料底盤。

埋植:電路導線、外殼的螺紋嵌件。

2、收音機、電唱機、電話機、立體聲

焊接:錄音機磁帶、立體聲及磁帶錄音機部件、揚聲器部件、耳機。

鉚焊:電唱機探頭。

埋置焊:錄音電話機底座的螺紋嵌件。

3、攝像機、照相機、光學元件

焊接:幻燈相片框、顯像盒、膠卷滾軸、盒式磁帶、立體閃光燈、照相機和小型攝影機外殼、放映機、雙目看遠鏡外殼

鉚焊:幻燈機底座

埋置焊:幻燈機底座。

4、工程學、精密工程學、計算機裝置、辦公用品

焊接:檢測玻璃密封件、防潮裝置、水分離器、混合閥控制器、計算機裝置把手、鐘罩、墨水瓶、自動鉛筆、圓珠筆、鋼筆、打字機機殼。

卷邊焊:游戲機盤、金屬輪塑料盤、滾珠和滾柱軸承分離器。

鉚焊:鉗子、打字機、高爾夫球。

5、家居用品

焊接:住宅、門把、咖啡壺上的吸管及帶塑料環的金屬支座、電慰斗、上的把手及水壺、冷氣箱的分隔盤、分離器蓋的過濾器、食品加工機的功能件、吹風機、吸塵器的噴嘴及附件、打火機。

卷邊焊:咖啡過濾器(織布或金屬濾網)。

埋置焊:吹風機葉輪的軸承刷。

6、交通運輸

焊 接:反光鏡、頂燈、尾燈、自行車后反光鏡、三角警告牌、路標牌、遮陽板、機動車及助動車的內外鏡、按鈕及開關、排氣噴嘴、汽車儀表板、行李箱、鑲板擋板、 轎車及卡車的車標、喇叭罩、汽車電器元件、冷卻水系統用閥、保險杠、安全帶鎖緊裝置、安全帶、收音機屏、中心鎖緊裝置的附件。

鉚焊:汽車擋泥板、儀表板框、車門鎖緊裝置功能件。

卷邊焊:內外鏡、BOWDEN電線端蓋、葉片、透風機的風門片的調節桿。

埋置焊:汽車儀表板的螺紋襯套和銷釘、方向盤。

7、家具行業

焊接:桌腿、按鈕、家具把手。

鉚焊:焊接功能件

埋置焊:家具配件的螺紋嵌件及螺絲。

8、體育、休閑、業余愛好用品、玩具

焊接:滑雪橇、滑雪眼鏡、玩具外殼、玩具部件、玩具火車裝置、玩具汽車等、水箱。

鉚焊:便攜刀把手

9、運輸、醫藥設備、化裝品

焊接:廣口瓶或其它盛冰激凌的容器等、電動牙刷軸、電動牙刷容器、管頭及管帽、化裝品包裝容器、蓋子、帶注塑成型噴管的吹塑成型容器、酸奶瓶及蓋子、輸血用針劑、人造腎、生物用過濾器、柔性容器的螺紋口。

卷邊焊;化裝鏡、針劑插頭。

10、其它超聲波焊接機

縫焊:織布的縫接、拉伸織布的縫接、人造無機織物棉被的打褶了。


超聲波焊接線設計
“酒香不怕巷子深,只是你沒有找到的人”    
專業解決各種超聲波焊接疑難雜癥,包括:
                     產品焊花,內部振壞,焊接不牢,漏水漏氣,PP、尼龍等塑料的焊接方法...


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