超声波焊接机技术应用(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上编制-讲师：黄天光培训资料纯属个人编制，如有雷同或错误，请多多谅解，hank you！超声波焊接机技术应用超声波塑料焊机技术先进前景广阔,当代社会，塑料的各种制品，已渗透到人们日常生活的各个领域，同时也被广泛应用到航空、船舶、汽车、电器、包装、玩具、电子、纺织等行业。然而，由于注塑工艺等因素的限制，在相当一部分形状复杂的塑料制品不能一次注塑成型，这就需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和热合工艺又相当落后，不仅效率低，且粘接剂还有一定的毒性，引起环境污染和劳动保护等问题。传统的这种工艺已不能适用现代塑料工业的发展需要，于是一种新颖的塑料加工技术超声波塑料焊接以其高效、优质、

2、美观、节能等优越性脱颖而出。 超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，即不要填加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。 是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波熔接处理，而不需加溶剂，粘接剂或其它辅助品。其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量及安全生产。超声波焊接机的工作原理超声波焊接机的工作原理：超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前220V、50Hz的电能转变成15KHZ或20KHZ的高频电能，再由换能器将电能转换成高频振动机械能，通过焊头加于塑料制品工件上，

3、通过工件表面及内在分子件的摩擦而使接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在焊头的压力下冷却定形，便达成完美的焊接 。超声波焊接机组成部分超声波焊接机主要由如下几个部分组成：电箱、气动部分、程序控制部分，换能器部分。换能器部分由三部分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称二级杆、变幅杆，BOOSTER）；焊头（又称焊模，HORN或SONTRODE）。换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。变幅杆（BOOSTER）：又叫调幅器，变幅杆本身就是一条金属柱，通过形状的设计，可以将换能器

4、传递过来的振幅进行放大，达到加工塑料件所需能量振幅，相当于加热的温度。焊头（HORN）：焊头的作用是对于特定的塑料件制作，符合塑料件的形状、加工范围等要求。组件名称及功能升降速度：调节此旋钮可调节焊头上下的速度，顺时针旋转减速、反之加速。 焊接时间：调节超声波焊接的时间。 保压时间：用于调节超声波发射完后，塑料件固化的时间。延时时间：气缸下压触碰到行程开关至超声波发出之间的时间。气压表：指示工作气压。 调压器：用于调节工作气压，将旋钮拔出即可调节，调好后再压入即可。换能器固定座：用于固定换能器系统。超声测试按键：轻触按键，即可发送超声波，一般用于检测超声波是否正常。 焊头升降开关：主要用于校对

5、模具，该开关为自锁开关，按下后需重按复原。 分水器：用于分离压缩空气中的水分，请在积水半满时将杯底针向上压，以排出积水。 机体固定把手：用于固定上部机架。 升降手轮：将机体固定把手松开后即可调整机架高低。 调幅器：又叫增幅器、二级杆 ，用于放大换能器输出振幅。 焊头：又叫焊模，将超声波能量传至工件。通常为谐振频的半波长，材料多为钛合金或铝合金，铝合金焊头易在工作物上留下氧化物，可以电镀或使用防热塑料膜来防止。注意焊头不可以任意修改，否则会改变其谐振频率及机械强度，容易导致换能器或电器零件损坏。触发按钮：两边开关同时触发，可实现正常程序。 急停按钮：该开关为自锁开关，一经触发，则焊头不能下降。如

6、触发后应旋钮复位，便于程序运作。 限位螺栓：调节螺栓上螺母位置，可限制焊头下降的高度，控制塑料件焊接深度。 电源开关：打开此开关后，电源导通，指示灯亮 。德国必诺牌K3520塑胶熔接机德国进口数控电箱必诺K3520标准机结构尺寸 校模： 为达到高的生产效率焊头与塑料件之间的距离应尽量缩短但仍需留有足够的空间方便取放塑料件。将塑料件放在底座中调整气压在2Kg左右，利用焊头升降开关来使上下摸对准。选择适合的焊头与塑料件之间的距离锁紧机架固定把手。调整限位螺栓使焊头下降压紧塑料件之后仍有0.2mm左右的空间。（对于焊接深度要求较高的塑料件，此空间相应加大） 调整焊接、保压时间、气压、试焊样件。观察样

7、件,如发现焊接不均匀,则需要细调底座的平衡一般原则为焊接部位熔接越厉害,则应调低，在底座相反位置垫上纸片等抬高底座对应位置，使塑料件与焊头吻合良好。开机后显示屏上的信息开机后，显示屏上会显示如下信息： Welded PartsCobra20-1500Version V2.2Swiss madeA至此，整台机器就可以开始生产了。功能键（Key Functions)Mode 停止使用 Limits 停止使用US-Test 手动测试超声波Setup 状态设定模式CLR -清除故障信息-清除焊接次数Enter 确认所输入的参数状态值箭头 上下左右键1-9 数字键故障信息（Error Message)E

8、rror(故障)Dual Palm button(启动开关)Error(故障)Emergency Stop(急停开关）Error(故障)Safety Switch(安全开关）Error(故障)Frequecy min(最小频率）Error(故障)Frequecy max(最大频率）Error(故障)Conv Voltage（换能器电压）Error(故障)Overload(过载）启动开关失效急停开关没关上安全开关失效焊头频率小于追频范围焊头频率超出了追频范围焊头破裂 换能器破裂 调幅破裂电箱功率太小 振幅太大 影响超声波焊接的因素影响塑料件超声加工的因素如下：（1）接触面的设计（2）焊接线的设计

9、（3）塑料材质（4）塑料件外形和尺寸（5）焊接面与焊头之间距离（6）焊头的设计（7）焊头的振幅（8）校模的准确性（9）焊接压力、时间参数的选择塑料件的加工条件对超声焊接的影响 塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工条件都会形成对超声焊接产生一定影响的因素。A：湿度缺陷：湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成，湿度缺陷在焊接中衰减有用能量，使密封位渗水，加长焊接时间，所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处理。如聚甲醛等。B：注塑过程的影响：注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：1尺寸变化(收缩、弯曲变形) 2重量变化 3表面损伤 4统一性不佳 C：保存期：塑料件注塑加工出来

10、后，一般最少放置24小时后，再进行焊接，以消除塑料件本身应力变形等因素。无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求。D：再生塑料：再生塑料的强度比较差，对超声波焊接适应性也较差，所以如用再生塑料，各种设计尺寸均要酌情加以考虑。E：脱模剂和杂质脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响：虽然超声波加工时可将加工表面的溶剂杂质等震开，但对于要求密封、或在高强度的情况下，应尽可能去除。在有些情况下，先清洗塑料件是必要的。近场焊与远场焊焊接线与焊头的距离近场焊与远场焊，如果设备超声波焊接机与焊接线及材料参数都是相同的，那么影响焊接质量的就只有产品焊接线与焊头之间的距离了，也就是近场焊与远场焊。什么叫近场焊，

11、什么叫远场焊。当超声波焊头与产品焊接线的距离小于6.3mm时，我们称之为近场焊，大于6.3mm时，我们称之为远场焊，一般来讲，像普通塑胶材料，超声波焊头与产品焊接线之间的距离越小越好！那样更容易焊接但有些特殊材料只能使用远场焊来进行焊接，因为近场焊容易使零件产生裂纹与损坏。常见焊接故障现 象 原 因 解 决 方 法 焊接过度 输入能量太多 1降低气压 2减少焊接时间 3降低振幅段数 焊接过轻 输入能量太少 1增加气压 2加长焊接时间 3增大振幅段数 4使用较大功率的机型 非焊接面损伤 1焊头塑料接触面不吻合 2声波集中损伤 1修理焊头与底模使之与塑料件吻合 2修理焊头在相关位置避空 塑料件开裂

12、、 震断 1超声波振幅过大 2塑料件强度不够 1减少输出振幅 2塑料加加强筋或加厚 塑料件 表面穿孔 超长时间焊接所致 超声波集中损伤 1减少焊接时间2焊头相应位置避空 3塑料件加强厚度或加加强筋 焊头随即下降碰到加工物未发波即上升 1下降冲程未到焊接位置 2极限开关不良 1对正在升降筒焊接位置 2检修极限开关操作中过负载灯亮。 1焊头松动2焊头破裂 1锁紧焊头 2换修 焊头焊接后不上升 1气压不够 2控制电路不良 1调整空气压力 2换修时控板 空气压力、电源焊头均正常但无法操作 1急停按钮接触不良 2控制电路不良3 启动按钮坏1检查或换修 2换修3检查或换修焊头上升或下降冲击太大 1缓冲调整

13、不合适 2缓冲调整锁死 3下降速度设定太高 1重新调整缓冲 2检查并做调整 3调整下降速度焊接过熔 1焊接后产品外型尺寸不一 2工作物外表损伤1调整最低点微调螺丝 2焊接时间太长欲缩短 焊接过重 焊接能量过多 1降低使用压力2减少焊接时间3降低振幅段数4 .减缓焊头之下降速度 按下焊接按钮机器不动作 1焊接机电源没有打开 2气源不正常 3行程开关没有到位 4电磁阀坏5焊接机信号线接触不好 1打开焊接机电源2 检查和调整气源3 调整行程开关4 更换电磁阀5 检查线路连接焊线设计A 导能点高度 R熔接表面区域面礼 p塑胶厚度 E熔接间隙以防外凸 塑料件的设计塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点：1

14、 焊缝的大小（即要考虑所需强度）2 是否需要水密、气密3 是否需要完美的外观4 避免塑料熔化或合成物的溢出5 是否适合焊头加工要求焊接质量可能通过下几点的控制来获得：1 材质2 塑料件的结构3 焊接线的位置和设计4 焊接面的大小5 上下表面的位置和松紧度6 焊头与塑料件的妆触面7 顺畅的焊接路径8 底模的支持为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：1 最初接触的两个表面必须小，以便将所需能量集中，并尽量减少所需要的总能量（即焊接时间）来完成熔接。 2 找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或企口之类。3 围绕着连接界面的焊接面必须是统一而且相联系互紧密接触的。如

15、果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。下面就对塑料件设计中的要点进行分类举例说明：整体塑料件的结构1.1塑料件的结构塑料件必须有一定的刚性及足够的壁厚，太薄的壁厚有一定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，一般气压为2-6kgf/cm2 。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。1.2罐状或箱形塑料等，在其接触焊头的表面会引起共振而形成一些集中的能量聚集点，从而产生烧伤、穿孔的情况（如图1所示），在设计时可以罐状顶部做如下考虑 1 加厚塑料件 2增加加强筋3 焊头中间位置避空1.3尖角如果一个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况，比如尖角位，在超声波的作用下会产生折

16、裂、融化。这种情况可考虑在尖角位加R角。如图2所示。1.4塑料件的附属物注塑件内部或外部表面附带的突出或细小件会因超声波振动产生影响而断裂或脱落，例如固定梢等（如图3所示）。通过以下设计可尽可能减小或消除这种问题：1 在附属物与主体相交的地方加一个大的R角，或加加强筋。 2 增加附属物的厚度或直径。1.5塑料件孔和间隙如被焊头接触的零件有孔或其它开口，则在超声波传递过程中会产生干扰和衰减（如图4所示），根据材料类型（尤其是半晶体材料）和孔大小，在开口的下端会直接出现少量焊接或完全熔不到的情况，因此要尽量预以避免。1.6塑料件中薄而弯曲的传递结构被焊头接触的塑件的形状中，如果有薄而弯曲的结构，而

17、且需要用来传达室递超声波能量的时候，特别对于半晶体材料，超声波震动很难传递到加工面（如图5所示），对这种设计应尽量避免。 1.7近距离和远距离焊接近距离焊接指被焊接位距离焊头接触位在6mm以内，远距离焊接则大于6mm，超声波焊接中的能量在塑料件传递时会被衰减地传递。衰减在低硬底塑料里也较厉害，因此，设计时要特别注意要让足够的能量传到加工区域。远距离焊接，对硬胶（如PS，ABS，AS，PMMA）等比较适合，一些半晶体塑料（如POM，PETP，PBTB，PA）通过合适的形状设计也可用于远距离焊接。1.8塑料件焊头接触面的设计注塑件可以设计成任何形状，但是超声波焊头并不能随意制作。形状、长短均可能影

18、响焊头频率、振幅等参数。焊头的设计需要有一个基准面，即按照其工作频率决定的基准频率面。基准频率面一般占到焊头表面的70%以上的面积，所以，注塑件表面的突超等形状最好小于整个塑料面的30%。一滑、圆弧过渡的塑料件表面，则比标准可以适当放宽，且突出位尽量位于塑料件的中部或对称设计。塑料件焊头接触面至少大于熔接面，且尽量对正焊接位，过小的焊头接触面（如图6所示），会引起较大损伤和变形，以及不理想的熔接效果。在焊头表面有损伤纹，或其形状与塑料件配合有少许差异的情况下，焊接时，会在塑料件表面留下伤痕。避免方法是：在焊头与塑料件表面之间垫薄膜（例如PE膜等）。 焊接线的设计2 焊接线的设计，焊接线是超声波

19、直接作用熔化的部分，其基本的两种设计方式：1 能量导向 2 剪切设计2.1能量导向能量导向是一种典型的在将被子焊接的一个面注塑出突超三角形柱，能量导向的基本功能是：集中能量，使其快速软化和熔化接触面。能量导向允许快速焊接，同时获得最大的力度，在这种导向中，其材料大部分流向接触面，能量导向是非晶态材料中最常用的方法。能量导向柱的大小和位置取决于如下几点：1 材料 2 塑料件结构3 使用要求图7所示为能量导向柱的典型尺寸，当使用较易焊接的材料，如聚苯乙烯等硬度高、熔点低的材料时，建议高度最低为0.25mm。当材料为半晶体材料或高温混合树脂时（如聚乙碳），则高度至少要为0.5mm，当用能量导向来焊接

20、半晶体树脂时（如乙缩荃、尼龙），最大的连接力主要从能量柱的底盘宽带度来获得。 没有规则说明能量导向应做在塑料件哪一面，特殊情况要通过实验来确定，当两个塑料件材质，强度不同时，能量导向一般设置在熔点高和强度低的一面。根据塑料件要求（例如水密、气密性、强度等），能量导向设计可以组合、分段设计，例如：只是需要一定的强度的情况下，分段能量导向经常采用（例如手机电池等），如图8所示。 2.2能量导向设计中对位方式的设计上下塑料件在焊接过程中都要保证对位准确，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行检动位必须很小，一般小于0.05mm，基本的能量导向可合并为连接设计，而不是简单的对接，包括对位方式，采用能量

21、导向的不同连接设计的例子包括以下几种：插销定位：图9所示为基本的插销定位方式，插销定位中应保证插销件的强度，防此超声波震断。台阶定位：图10所示为基本的台阶定位方式，如h大于焊线的高度，则会在塑料件外部形成一条装饰线，一般装饰线的大小为0.25mm左右，创出更吸引人的外观，而两个零件之间的差异就不易发现。 图11所示台阶定位，则可能产生外溢料。图12所示台阶定位，则可能产生内溢料。图13所示台阶定位为双面定位，可防止内外溢料。1 企口定位：如图14所示，采用这种设计的好处是防止内外溢料，并提供校准，材料容易有加强密封性的获得，但这种方法要求保证凸出零件的斜位缝隙，因此使零件更难能可贵于注塑，同

22、时，减小于焊接面，强度不如直接完全对接。2 底模定痊：如图15所示，采用这种设计，塑料件的设计变得简单，但对底模要求高，通常会引致塑料件的平行移位，同时底模固定太紧会影响生产效果。 3 焊头加底模定位：如图16所示，采用这种设计一般用于特殊情况，并不实用及常用。4 其它情况：A：如图17所示，为大型塑料件可用的一种方式，应注意的是下支撑模具必须支撑住凸缘，上塑料件凸缘必须接触焊头，上塑料件的上表面离凸缘不能太远，如必要情况下，可采用多焊头结构。B：如连接中采用能量导向，且将两个焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整个焊接的质量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。C：在焊接

23、不易熔接的树脂或不规则形状时，为了获得密封效果，则有必要插入一个密封圈，如图18所示，需要注意的是密封圈只压在焊接末端。图19所示为薄壁零件的焊接，比如热成形的硬纸板（带塑料涂层），与一个塑料盖的焊接。2.3剪切式设计在半晶体塑料（如尼龙、乙缩醛、聚丙烯、聚乙烯和热塑聚脂）的熔接中，采用能量导向的连接设计也许达不到理想的效果，这是因为半晶体的树脂会很快从固态转变成融化状态，或者说从融化状态转化为固态。而且是经过一个相对狭窄的温度范围，从能量导向柱流出的融化物在还没与相接界面融合时，又将很快再固化。因此，在这种情况下，只要几何原理允许，我们推荐使用剪切连接的结构。采用剪切连接的设计，首先是熔化小

24、的和最初触的区域来完成焊接，然后当零件嵌入到下起时，继续沿着其垂直壁，用受控的接触面来融化。如图20所示，这样可能性获得强劲结构或很好的密封效果，因为界面的熔化区域不会让周围的空气进来。由于此原因，剪切连接尤其对半晶体树脂非常有用。剪切连接的熔接深度是可以调节的，深度不同所获得的强度不同，熔接深度一般建议为0.8-1.5mm，当塑件壁厚及较厚及强度要求高时，熔接深度建议为1.25X壁厚。图21所示为几种基本的剪切式结构：剪切连接要求一个塑料壁面有足够强度能支持及防止焊接中的偏差，有需要时，底模的支撑高于焊接位，提供辅助的支撑。下表所示为零件大小尺寸和接触面、零件误差的大概尺寸： 零件最大尺寸接触面尺寸零件尺寸允许误差18mm0.2mm-0.3mm0.025mm18mm-35mm0.3mm-0.4mm0.05mm35mm0.4mm-0.6mm0.075mm当零件尺寸大于90mm时，或零件有不规则的形状时，建议不采用剪切连接。这时因为注塑时很难控制误差及变形使其保持一致。如果是上述情况，建议采用能量导向的形式。图22所示为双面剪切式设计图23所示为扣式焊线设计，用于高强度，但上下塑料件不接触的情况下，在特殊情况下，可用于增加密封圈的情况。专心-专注-专业