超声波塑料焊接工艺bish.docx

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1、超声波焊焊是一种种快捷，干干净，有有效的装装配工艺艺，用来来装配处处理热塑塑性塑料料配件，及及一些合合成构件件的方法法。目前前被运用用的朔胶胶制品与与之间的的粘结，朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结！它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。超声波的优点：1，节能2，无需装备散烟散热的通风装置3，成成本低,效率高高4，容易易实现自自动化生生产！超超声波焊焊接机的的工作原原理! 超声波波焊接装装置是通通过一个个电晶体体功能设设备将当当前500/600Hz的的电频转转变成220KHHz或40KKHz的的电

2、能高高频电能能，供应应给转换换器。转转换器将将电能转转换成用用于超声声波的机机械振动动能，调调压装置置负责传传输转变变后的机机械能至至超声波波焊接机机的焊头头。焊头头是将机机械振动动能直接接传输至至需压合合产品的的一种声声学装置置。振动动通过焊焊接工作作件传给给粘合面面振动磨磨擦产生生热能使使塑胶熔熔化，振振动会在在熔融状状态物质质到达其其介面时时停止，短短暂保持持压力可可以使熔熔化物在在粘合面面固化时时产生个个强分子子键，整个个周期通通常是不不到一秒秒种便完完成，但但是其焊焊接强度度却接近近是一块块连着的的材料! 焊焊接：指指的是广广义的将将两个热热塑性塑塑料产品品熔接的的过程。当当超音停停

3、止振动动时，固固体材料料熔化，完完成焊接接。其接接合点强强度接近近一整块块的连生生材料，只要产品的接合面设计得匹配，完全密封是绝对没有什么问题的，碟合：熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。嵌入：将一个金属无件嵌入塑料产品的预留孔内。具有强度高，成型周期短安装快速的优点！类似于模具设计中的嵌件！Ultrrasoonicc Weeldiing 1Ultrrasoonicc Weeldiing 2塑料件超超声波焊焊接设计计塑料与塑塑料加工工 20010-12-09 22:53:48 阅读344 评论论0 字号号：大中中小订阅现代注塑塑方式能能有效提提供比较较完美的的焊接用用塑胶件件。光我我们

4、决定定用超声声波焊接接技术完完成熔合合时，塑塑料件的的结构设设计必须须首先考考虑如下下几点：1 焊缝缝的大小小（即要要考虑所所需强度度） 22 是否否需要水水密、气气密 33 是否否需要完完美的外外观 44 避免免塑料熔熔化或合合成物的的溢出 5 是是否适合合焊头加加工要求求焊接质质量可能能通过下下几点的的控制来来获得：1 材质质 2 塑料件件的结构构 3 焊接线线的位置置和设计计 4 焊接面面的大小小 5 上下表表面的位位置和松松紧度 6 焊焊头与塑塑料件的的妆触面面 7 顺畅的的焊接路路径 88 底模模的支持持为了获获得完美美的、可可重复的的熔焊方方式，必必须遵循循三个主主要设计计方向：1

5、 最初初接触的的两个表表面必须须小，以以便将所所需能量量集中，并并尽量减减少所需需要的总总能量（即即焊接时时间）来来完成熔熔接。22 找到到适合的的固定和和对齐的的方法，如如塑料件件的接插插孔、台台阶或企企口之类类。3 围绕着着连接界界面的焊焊接面必必须是统统一而且且相联系系互紧密密接触的的。如果果可能的的话，接接触面尽尽量在同同一个平平面上，这这样可使使能量转转换时保保持一致致。下面面就对塑塑料件设设计中的的要点进进行分类类举例说说明：整整体塑料料件的结结构1.1塑料料件的结结构塑料料件必须须有一定定的刚性性及足够够的壁厚厚，太薄薄的壁厚厚有一定定的危险险性，超超声波焊焊接时是是需要加加压的

6、，一一般气压压为2-6kggf/ccm2 。所以以塑料件件必须保保证在加加压情况况下基本本不变形形。1.2罐状状或箱形形塑料等等，在其其接触焊焊头的表表面会引引起共振振而形成成一些集集中的能能量聚集集点，从从而产生生烧伤、穿穿孔的情情况，在在设计时时可以罐罐状顶部部做如下下考虑 1 加厚塑塑料件 2 增加加加强筋3 焊焊头中间间位置避避空1.3尖角角如果一一个注塑塑出来的的零件出出现应力力非常集集中的情情况，比比如尖角角位，在在超声波波的作用用下会产产生折裂裂、融化化。这种种情况可可考虑在在尖角位位加R角。1.4塑料料件的附附属物注注塑件内内部或外外部表面面附带的的突出或或细小件件会因超超声波

7、振振动产生生影响而而断裂或或脱落，例例如固定定梢等。通通过以下下设计可可尽可能能减小或或消除这这种问题题：11 在附附属物与与主体相相交的地地方加一一个大的的R角，或或加加强强筋。 2 增加附附属物的的厚度或或直径。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，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，对这种设计应尽

8、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

9、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，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

10、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

11、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）。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，采用能量导向的不同连接设计的例子包括以下几种：插销定位：，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：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

12、.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。1 企口定位：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，同时，减小于焊接面，强度不如直接完全对接。2 底模定痊：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：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：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

13、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，需要注意的是密封圈只压在焊接末端。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

14、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。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。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

15、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。Ultrrasoonicc Weeldiing 3Ultrrasoonicc Weeldiing 4.弯曲/生生成音波波将配件件的一部部分熔化化再组成成一个塑塑料的突突起部位位或塑料料管或其其它挤出出配件。这这种方式式的优势势在于处处理的快快速，较较小的内内压，良良好的外外观及对对材料本本性的克克服。点点悍点焊是是对没有有预留也也或能源源控制的的两个热热塑塑料料组件的的局部焊焊接。点点焊也能能产生一一个强有有力的粘粘合构造造，尤其其适合一一些大型型配件、有有突起的的塑料片片或浇注注的热塑塑塑料以以及那些些结构复复杂、难难以进入入

16、接合面面的产品品。剪切切和封封口一些些有序与与无序的的热塑材材料的超超音波工工艺。用用这种方方法密封封的边缘缘不开裂，且且没有毛毛边、卷卷边现象象。纺织织品/胶片的的密封纺纺织品品品及一些些胶片的的密封也也可用到到超音波波。它可可对胶片片实行紧紧压合，还还可对纺纺织品进进行整洁洁的局部部剪切与与密封。缝缝合的同同时也起起到了装装饰的作作用。影影响超音音波焊接接的因素素说起热热塑塑料料的可焊焊接力，不不能不说说到超音音波压合合对各种种树脂的的要求。其其最主要要的因素素包括聚聚合物结结构，熔熔化温度度、柔韧韧性（硬硬度）、化化学结构构。聚合合物结构构非结晶晶聚合物物分子排排列无序序、有明明显的使使

17、材料逐逐步变软软、熔化化及至流流动的温温度（TTg玻璃璃化温度度）。这这类树脂脂通常能能有效传传输超音音速振动动并在相相当广泛泛的压力力/振幅范范围内实实现良好好的焊接接。半结结晶型聚聚合物分分子排列列有序，有有明显的的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸收部分高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（例如：高振幅、

18、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成功。聚合物：热塑性与热固性将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。熔化温度聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多. 硬度（弹力系数）材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。

19、超声波熔接：以超声波频率振动的焊头，在预定的时间及压力下，磨擦生热，令塑胶接面相互熔合，既牢固，又方便快捷超声波埋插：由焊头送到金属及塑胶间的超声波震动，磨擦生热令塑胶接触面熔化，使金属椿挤入塑胶孔内。超声波铆接，成形包覆：塑胶件上的梢子，通过金属件的孔，以高震幅焊头震动梢端，使其熔解，顺着焊头的接触面变为铆钉形状，将金属板铆住超声波点焊将两层塑胶板焊接，焊头中央的导梢以超波震动攒穿上层塑胶板，由于震动能产生离析，塑胶接面间接产生磨擦热，令两层塑胶板熔接。二.超声声波塑料料焊接的的相容性性和适应应性：热热塑性塑塑料,由于各各种型号号性质不不同,造成有有的容易易进行超超声焊接接,有的不不易焊接接

20、.如图表表中黑方方块表示示两种塑塑料的相相容性好好,容易进进行超声声焊接,圆圈表表示在某某些情况况下相容容,焊接性性能尚可可,空格表表示两种种塑料相相容性很很差,不易焊焊接. 超声波焊焊接的焊焊口设计计：两个个热塑性性塑料零零件的超超声波焊焊接要求求超声波波振动通通过焊接接头传递递到组合合件的上上半部,最后传传至两半半的结合合处或界界面上.在此,振动能能量转换换成热能能,用以熔熔化塑料料.当振动动停止后后,塑料在在压力下下固化,在结合合面上产产生焊接接. 两个个结合表表面的设设计,对于获获得最佳佳焊接结结果来说说是非常常重要的的.有各种种各样的的连接设设计,每一种种都有特特色和优优点.各种设设

21、计的使使用取决决于许多多因素,例如塑塑料类型型、零件件几何形形状、焊焊接的要要求（即即粘性、强强度、密密封等）. 夹具装置：塑料超声波焊接的一个重要因素是夹具装置.夹具装置的主要用途是固定零件,使之与焊接头对准,同时对组合件提供适当的支撑.被焊接的材料、零件几何形状、壁厚和零件的对称性均可影响能量向界面的传递,因此设计夹具时必须加以考虑. 某些用途,例如铆接和嵌插,要求在焊接头接触区下面有坚硬的承托装置.铝质的夹具装置可提供必要的刚度,可以镀铬来防止零件出现疤痕和提高耐磨性. 在一些用途中,夹具必须具有一定程度的弹性以保证在连结区产生异相状态.异相状态一般在最差的结合处出现,这是待焊接的范围；

22、不过,由于某些零件材料和几何形状,结合的两半可能合成一整体,上下同时振动,如果这种状态出现,将承槽由刚性材料改为弹性材料,或者将硬度计由软性材料改为另一种材料,往往足以在连结区重新建立异相状态. 简单的实验性夹具可用木料、环氧树脂或熟石膏建造.对于更精密、更长寿命的夹具将要用铝、钢、黄铜、铸塑尿烷,或其它的弹性材料.夹具设计范围广,从快速拆卸夹具到简单的金属板均有.应用的要求和生产率通常决定夹具的设计。上图表示示简单的的对接焊焊连接和和有能量量导向部部分的理理想连接接的时间间-温度度曲线.能量导导向部分分允许迅迅速焊接接,同时达达到最大大的强度度.在导向向部分的的材料如如图示在在整个结结合区内

23、内流动.上图表示示焊前按按要求比比例设计计能量导导向部分分改进对对接焊与与导致的的材料流流动.工件尺尺寸的选选择应是是如图示示能量导导向部分分熔化后后足够分分布于结结合面之之间,通常,对于易易焊的树树脂能量量导向部部分最小小高度为为0.0010英英寸（00.255毫米）.对于某某些需要要高能量量的树脂脂,即结晶晶型、低低刚度或或高熔化化温度的的非晶型型（例如如聚碳酸酸酯、聚聚砜）树树脂,需要较较大的能能量定向向部分,其最小小高度为为0.0020英英寸（00.5毫毫米）。在在工件之之间对齐齐的方法法,例如销销钉和插插口,应包括括在工件件设计中中。必须须指出,为熔剂剂焊封所所作的设设计一般般可以修

24、修改,以符合合超声波波焊接的的要求。要避免：能量导向部分设计的典型错误是将结合面削成45度的斜面.上图表示示这样做做的结果果.上图表示示便于对对齐的阶阶梯式连连接.这种连连接设计计适合于于在侧面面不宜有有过多的的熔体或或溢料之之场合榫榫槽连接接法：主主要用于于焊接和和防止内内外烧化化.不过,需要保保持榫舌两侧侧的间隙隙使模制制较困难难.锥度可可根据模模塑实践践经验进进行修改改,但必须须避免在在零件之之间产生生任何障障碍。上图表示示适用于于超声波波焊接的的各种基基本能量量导向连连接法,这些可可作为典典型连接接部分的的参考,对具体体用途应应稍作修修改。上图表示示需要严严密封接接时所用用的剪切切连接法法,特别适适合于晶晶型树脂脂（尼龙龙、聚甲甲醛、热热塑性聚聚酯、聚聚乙烯、聚聚丙烯和和聚苯硫硫）.因为晶晶型树脂脂从固态态到熔化化改变迅迅速、温温度范围围窄、能能量导向向式连接接就不是是最佳方方法,原因是是来自导导向部分分的熔融融树脂在在它能与与相结合合的表面面熔合之之前会迅迅速凝固固.