超声波焊接件的工艺设计 作者：欣宇机械来源：本站原创日期：2014-5-5 17:32:38 点击：6943 属于：行业新闻超声波焊接件的工艺设计-东莞市欣宇超声波机械有限公司 在超声波焊接行业中，很多客户都不知道塑料件焊接，焊接产品优良不只是跟材质，超声波选择机型功率有关系，最容易被忽略的一点是：超声波焊接件的工艺设计，塑料焊接件需要设计有超声线，焊接出来的产品才是比较完美的。那么，超声波焊接件的工艺设计是怎么样的呢？要怎么设计呢？很多客户初步使用超声波焊接，都会对个问题不了解，今天，欣宇小陈为大家讲解：超声波焊接件的工艺设计，希望对朋友有所帮助！ 超声波塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点： 1.是否需要水密、气密。 2.是否需要完美的外观。 3.是否适合焊头加工要求。 4.焊缝的大小（即要考虑所需强度）。 5.避免塑料熔化或合成物的溢出。 超声波焊接质量获得原因： 1.材质 2.上下表面的位置和松紧度 3.焊头与塑料件的妆触面 4.顺畅的焊接路径 5.塑料件的结构 6.焊接线的位置和设计 7.焊接面的大小 8.底模的支持 为了获得完美的、可重复的超声波熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向： 1.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。 2.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。 3.找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或齿口之类。 下面就对超声波塑料件设计中的要点进行分类举例说明： 超声波整体塑料件的结构 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
哈尔滨工业大学 金属工艺学课程论文 题目：超声波金属焊接技术的综合介绍 院系：能源科学与工程学院 专业：能源与动力工程
班级： 1502403 学号： 1150240325 姓名：石嘉成 超声波金属焊接技术的综合介绍 石嘉成1 (1.哈尔滨工业大学能源科学与工程学院） 摘要：本文主要介绍特种焊接中的超声波金属焊接技术，将从超声波焊金属接技术的应用背景、工艺过程、特点及实际应用情况及最新发展等发面展开介绍。通过文献的查阅得到了以下的结论：超声波焊接的应用越来越广泛，它具有能耗低、压力小、速度快、稳定性高、程序简便、精度高等优点，虽然对仪器的要求较高导致成本较高，但是仍不失为一种很有前景的焊接技术。 关键词：超声波焊接；金属；工艺过程；文献查阅
1.超声波金属焊接技术应用背景 超声波金属焊接起源于1950年的美国1。超声波金属焊接在电子工业、电器制造、新材料的制备、航空航天及核能工业、食品包装盒、高级零件的密封技术方面都有很广泛的应用，加上其节能、环保、操作方便等突出优点，对于我国建设资源节约型、环境友好型的现代化社会，超声波金属焊接将发挥很大的促进作用2。 2.超声波焊接技术的原理及工艺过程 2.1超声波金属焊接技术的原理 超声波金属焊接主要过程是被夹持在一起的两块工件受到硬砧和焊接端头之间的静压力，将超声波能量传输给工件顶部，维持短暂的时间，待结合表面之间的摩擦破碎氧化膜和其它沾污，每个表面上暴露出清洁新生的金属，从而使两个表面相互结合。一旦两表面处于一个原于间距内，就会产生金属型结合，由于超声波清理作用是连续的，就没有时间来形成阻碍原于接近的新氧化膜。完成最终的冶金结合时，无电弧和飞溅，无焊缝金属的熔化，铸造组织无熔化，厚度变形也很小3。 2.2超声波金属焊接技术的工艺过程 如图1所示，超声波焊接过程分为4个阶段： 第1阶段：焊头与零件接触，施压并开始振动。摩擦发热量熔化导能筋，熔液流入结合面。随着两零件之间距离的减少，焊接位移量（两零件之间由于熔体流动产生的距离减小值）开始增加。起初焊接位移量快速增加，然后在熔化的导能筋铺展并接触下零件表面时放慢增速。在固态摩擦阶段，发热是由于两表面之间的摩擦能和零件中的内摩擦产生的。摩擦发热使聚合物材料升温至其熔点。发热量取决于作用频率、振幅和压力4。
超声波焊接机的设计 [页数]:41 [字数]:18006 [目录] 第一章绪论 第二章超声波电源主电路的设计及分析 第三章超声波电源控制电路的设计及分析 第四章超声波电源保护电路的设计及系统仿真 第五章总结 附录1 逆变控制电路图 附录2 斩波控制电路图 [摘要] 本文以超声波焊接机为背景，详细介绍了为驱动压电换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源，该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路。控制电路以脉宽调制电路为核心，通过给定信号和反馈信号电压的比较，获得宽度可变的脉冲信号，调节电源的输出电压，并实现对电源的闭环控制。 在查阅和分析国内外有关参考文献、资料的基础上，针对超声波电源中存在的频率跟踪、功率控制等问题进行研究。在电源工作过程中，由于负载温度的变化等原因会产生谐振频率的漂移，为保证系统高效工作，设计出基于PI调节的自动频率跟踪方案，既保证在频率变化范围内实现频率自动跟踪，又保证跟踪的快速、准确。为适应负载变化的要求，直流变换采用斩波的方法，调节逆变器的输入电压来改变输出功率。这种方案可与不控整流相结合应用，降低系统对电网的污染，且提高输入功率因数。 同时，设计检测、驱动和保护等电路。利用硬件，实现过流、过压及超温保护。以及开关管的阻容吸收电路，保证系统稳定、可靠运行。 在理论分析和电路设计的基础上进行仿真，其结果表明，本设计能够较好地实现谐振频率的自动跟踪，显著提高换能器的转换效率，降低超声波电源的功率损耗。同时能实现输出功率连续调节和各种保护功能，工作安全可靠，性能良好，适应性强。 [正文] 第一章绪论 1.1 超声波焊接技术 1.1.1 超声波焊接的发展状况 超声波焊接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用于塑胶制品之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结。 它取代了溶剂粘胶,机械固定及其它的粘接工艺,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.
超声波焊接常见缺陷及处理办法 一、强度无法达到欲求标准。 当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？ ※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS 材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！由以上论述即可归纳出三点结论： １.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。
２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。 ３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 二、制品表面产生伤痕或裂痕。 在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：
超音波熔接线的设计 问题一：超音波导熔线开设不当。 解析： 我们欲求产品达到水、气密的功能时，定位与超音波导熔线是成败的重要关键，所以在产品设计时的考虑，如：定位、材质、肉厚，与超音波导熔线的对应比例有绝对的关系。在一般水、气密的要求，导熔线高度应在 0.5~0.8m/m 之范围（视产品肉厚而定），如低于0.5m/m以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 m/m 以上，否则效果不佳。一般要求水气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下： 斜切式：适合水密性及大型产品之熔接，接触面角度 =45°， x=w/2， d=0.3~0.8mm为佳。 阶梯尖式：适合水密性及防止外凸或龟裂之方法，接触面的角度= 45°，x=w/2， d=0.3~0.8mm为佳。 峰谷尖式：适合水密性且高强度熔接，d=0.3~0.6mm内侧接触面之高度 h 依 形状大小而有变化，但 h 约在1~2mm左右。 ※以上三种为水气密超音波导熔线设计法。 问题二：熔接条件不当。 解析： 产品实施超音波作业无法达到水、气密，除了超音波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外，超音波设定的条件也是一项主因。我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因（熔接条件），在我们实施超音波熔接作业时，求效率求快是最基本目标，但往往也忽略了其求效率的要领，我们将从下面二个条件来探讨： 一、下降速度、缓冲太快：此一形成的速度，使动态压力加上重力加速度将把超音波导熔线压扁，使导熔线无法发挥导熔的作用，形成假相熔接。 二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔 化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。这是一般生产技术者最不易发现之处
超声波焊接的焊点，应有高的接合强度和合格的表面质量，除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外，还应注意与上声极接触处的焊点表面情况，不允许有裂纹和局部未熔合，因此，超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。 一、超声波焊接特点 1) 可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料（如金、银、铜、铝等）和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料（如导热、硬度、熔点等）、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。 2) 焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。 3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高，且稳定性好。 4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。 5) 形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。 6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。 二、超声波焊接的分类 超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生
相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件，主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊；近年来，双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。 （1）点焊点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动；千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统；而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机，它兼有上述两种振动系统的优点。 （2）环焊环焊方法如图5所示，主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时，耦合杆4带动上声极5作扭转振动，振幅相对于声极轴线呈对称分布，轴心区振幅为零，边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺，有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合，用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大，需要有较大的功率输入，因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。 （3）缝焊与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、弯曲振动以及扭转振动三种形式（图6）。其中最常见的是纵向振动形式，只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝，通常焊件被夹持在上下滚轮之间，在特殊情况下可采用平板式下声极。 （4）线焊它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝，声极长度就是焊缝的长度，现在可以达到150mm，这种方法最适用于金属薄箔的封口。 （5）双超声波振动系统的点焊：上下两个振动系统的频率分别为27kHz和20kHz（或15kHz），上下振动系统的振动方向相互垂直，焊接时二者作直交振动。当上下振动系统的电源各为3kW时，可焊铝件的厚度达10mm，焊点强度达到材料本身的强度。双超声波振动系统多用于集成电路和晶体管细导线的焊接，虽然焊接方法与点焊基本相同，但焊接设备复杂，要求设备的控制精度高，以便实现焊点的高质量和高可靠性焊接。
超声波焊接技术大全 n ewmaker 超声波焊是一种快捷，干净，有工工国 效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，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，成本低，效率咼 4,容易实现自动化生产！ 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50/60HZ的电频转变成 20KHZ或40KHZ的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置。
振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化， 振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键， 整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!焊接： 指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时， 固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料， 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！
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超声波线设计 焊接热塑性制品的最普通的方法是超声焊接.这种方法是采用低振幅,高频率(超声)振动能量使表面和分子摩擦产生焊接相连垫塑性制件所需的热量.(正弦超声振动) 超声焊接在20-50kHz 的频率范围内发生,其一般振幅范围为15-60um.在低达15kHz(较高振幅)的声频有时用于较大制件或较软材料.焊接过程通常在0.5-1.5s 内发生.焊接工艺变量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力.超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置(塌陷距离)或焊接能量控制.也对焊接压力和冷却时间提供附加控制. 超声焊接设备通常用来焊接中,小尺寸的热塑性塑料制品,而很大的制品可用多点焊接. 超声焊接设备一般不是在20kHz 就是在40kHz 频率下运行 .20kHz 装置更常用. 接头设计:第一类即最常用的接头类型,在被连接表面的垂直方向上利用超声振动.对接和Z 形接合归入这一类,适用于多数聚合物.第二类超声焊接接头包括与接头表面平行的振动,形成剪切状态.各种类型的剪切和嵌接归入第二类. 能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳,图1所示较大的能量控制嚣结可在一些不密闭的半结晶材料中应用.
＊剪切接头当焊接半结晶聚合物（或其它难以焊接的聚合物）和需要密封接头号时，一般推荐使用剪切接。需要高强度，高质量接碚的环形和矩形制件都用剪切接头。剪切接
图6 超声焊执着用典型的斜坡接合设计 （a）斜坡接合；改进的斜坡接合（附加公差） 1-溢料槽；2-夹具 斜坡接合具有30°-60°的角且应该在±1°内装配。为附加的熔区材料厚度增加的
＊溢流式铆焊溢流式铆焊用在要求表面为平的或隆起的及锁信制件的厚度被允许使 ●
超声波焊接线的设计及超声波焊接机的调试(图) 1.强度无法达到欲求标准。当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！ 由以上论述即可归纳出三点结论：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 ２.制品表面产生伤痕或裂痕。在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。 因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN 上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振)）。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。 3.制品产生扭曲变形。发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m以内)且长度超出60m/m以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力
超声波焊接 什么是超声波焊接？ 超声波焊是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性朔料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结！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！再说明一下,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，成本低,效率高4，容易实现自动化生产！ 接下来说明一下1,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50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置！！振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!焊接：指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时，
固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料，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！ 弯曲/生成音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。这种方式的优势在于处理的快速，较小的内压，良好的外观及对材料本性的克服。点悍点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。点焊也能产生一个强有力的粘合构造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或浇注的热塑塑料以及那些结构复杂、难以进入接合面的产品。剪切切和封口一些有序与无序的热塑材料的超音波工艺。用这种方法密封的边缘不开裂，且没有毛边、卷边现象。纺织品/胶片的密封纺织品品及一些胶片的密封也可用到超音波。它可对胶片实行紧压合，还可对纺织品进行整洁的局部剪切与密封。缝合的同时也起到了装饰的作用。影响超音波焊接的因素说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧
一、超声波金属焊接基础知识 1、原理 超声波金属焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，其优点在于快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5mm）、焊点位不能太大、需要加压。 2、焊接优点： 1）、焊接材料不熔融，不脆弱金属特性。 2）、焊接后导电性好，电阻系数极低或近乎零。 3）、对焊接金属表面要求低，氧化或电镀均可焊接。 4）、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料。 5）、焊接无火花，环保安全。 3、超声波金属焊接适用产品： 1）、镍氢电池镍氢电池镍网与镍片互熔与镍片互熔。. 2）、锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔，铝箔与铝片互熔。. 3）、电线互熔，偏结成一条与多条互熔。 4）、电线与名种电子元件、接点、连接器互熔。 5）、名种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。 6）、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点，异种金属片的互熔。 7）、金属管的封尾、切断可水、气密。 4、振幅参数 振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接不上，温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。因为每一间公司选择的换能器不同，换能器输出的振幅都有所不同，经过适配不同变比的变幅杆及焊头，能够校正焊头的工作振幅以符合要求，通常换能器的输出振幅为10—20μm，而工作振幅一般为30μm左右，变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关，形状来说如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等，对变比影响很大，前后面积比与总变比成正比。贵公司选用的是不同公司品牌的焊接机，最简单的方法是按已工作的焊头的比例尺寸制作，能保证振幅参数的稳定。 5、频率参数 任何公司的超声波焊接机都有一个中心频率，例如20KHz、40 KHz等，焊接机的工作频率主要由换能器（Transducer）、变幅杆（Booster）、和焊头（Horn）的机械共振频率所决定，发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工作在谐振状态，每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围，如一般设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机基本都能正常工作.我们制作每一个焊头时，都会对谐振频率作调整，要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊头，我们焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz，误差为5‰。 6、节点 焊头、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力最大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定为零振幅，这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用隔声材料进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时予以考虑。 7、网纹 超声波金属焊接通常会在焊接位表面，底座表面设计网纹，网纹设计的目地在于防止金属件的滑动，尽可
一．超声波应用原理 我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫超声波。 波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。 1、超声波在塑料加工中的应用原理： 塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。 2、超声波焊机的组成部分 超声波焊接机主要由如下几个部分组成：发生器、气动部分、程序控制部分，换能器部分。发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。 气动部分主要作用是在加工过程中完成加压、保压等压力工作需要。 程序控制部分控制整部机器的工作流程，做到一致的加工效果。 换能器部分是将发生器产生的高压电波转换成机械振动，经过传递、放大、达到加工表面。 3．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）。 ①换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。将电信号转换成机械振动信号有两种物理效应可以应用。A：磁致伸缩效应。B：压电效应的反效应。磁致伸缩效应在早期的超声波应用中较常使用，其优点是可做的功率容量大；缺点是转化效率低，制作难度大，难于大批量工业生产。自从朗之万压电陶瓷换能器的发明，使压电效应反效应的应用得以广泛采纳。压电陶瓷换能器具有转换效率高，大批量生产等优点，缺点是制作的功率容量偏小。现有的超声波机器一般都采用压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器是用两个金属的前后负载块将压电陶瓷夹在中间，通过螺杆紧密连接而制成的。通常的换能器输出的振幅为10μm左右。 ②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。 换能器、变幅杆、焊头均设计为所工作的超声频率的半波长，所以它们的尺寸和形状均要经过特别的设计；任何的改动均可能引致频率、加工效果的改变，它们需专业制作。耐用根据所采用的材料不同，尺寸也会有所不同。适合做超声波的换能器、变幅杆和焊头的材料有：钛合金、铝合金、合金钢等。由于超声波是不停地以20KHZ左右高频振动的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。 二：超声波工作原理： 热可塑性塑料的超声波加工，是利用工作接面间高频率的摩擦而使分子间急速产生热量，当此热量足够熔化工作时，停止超声波发振，此时工件接面由熔融而固化，完成加工程序。
超声波焊接结构汇总
基本术语以及定义： 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 说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度）、化学结构。 聚合物结构 非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度）。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。 半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（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、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。 超声波焊接常见缺陷及处理办法
SEE- IN ULTRASONIC SDN. BHD. ( Company No. : 750998 – H ) Lot 25-4-10, Plaza Prima, Batu 4 1/2, Jalan Klang Lama, 58200 Kuala Lumpur, Malaysia. Tel : 03-7982 6466 Fax: 03–7982 6468 Joint Designs for Ultrasonic Welding Perhaps the most critical facet of ultrasonic welding is joint design (the configuration of two mating surfaces). It should be considered when the parts to be welded are still in the design stage, and incorporated into the molded parts. There are a variety of joint designs, each with specific features and advantages. Their selection is determined by such factors as type of plastic, part geometry, weld requirements, machining and molding capabilities, and cosmetic appearance. Butt Joint with Energy Director The butt joint with energy director is the most common joint design used in ultrasonic welding, and the easiest to mold into a part. The main feature of this joint is a small 90" or 60" triangular shaped ridge molded into one of the mating surfaces. This energy director limits initial contact to a very small area, and focuses the ultrasonic energy at the apex of the triangle. During the welding cycle, the concentrated ultrasonic energy causes the ridge to melt and the plastic to flow throughout the joint area, bonding the parts together. For easy-to-weld resins (amorphous polymers such as ABS, SAN, acrylic and polystyrene) the size of the energy director is dependent on the area to be joined. Practical considerations suggest a minimum height between .008 and .025 inch (.2 and .6 mm). Crystalline polymers, such as nylon, thermoplastic polyesters, octal, polyethylene, polypropylene, and polyphenylene sulfide, as well as high melt temperature amorphous resins, such as polycarbonate and polysulfide are more difficult to weld. For these resins, energy directors with a minimum height between .015 and, 020 inch (.4 and .5 mm) with a 60" included angle are generally recommended. The 90" included angle energy director height should be at least 10% of the joint width, and the width of the energy director should be at least 20% of the joint width. Image 1 (to the right) shows a butt joint with a 90" included angle energy director. With thick-walled joints, two or more energy directors should be used, and the sum of their heights should equal 10% of the joint width. To achieve hermetic seals when welding poly-carbonate components, it is recommended that a 60" included angle energy director should be designed into the part. The energy director width should be 25% to 30% of the wall thickness. Image 2 (to the right) shows a butt joint with a 60" included angle energy director. Image 3 (to the right) shows how the ports should be dimensioned to allow for the flow of molten material from the energy director throughout the joint area. With assemblies whose components are mode of identical thermoplastics, the energy director can be designed into either half of the assembly. However, when designing energy directors into assemblies consisting of a part mode of copolymers or terpolymers, such as ABS, and another part made of a photopolymer such as acrylic, the energy director should always be incorporated into the photopolymer half of the assembly. Thermoplastic Assembly Solutions for Every Application:
超声波焊接线的设计与超声波焊接机的调试 2009-04-23 09:39 1.强度无法达到欲求标准。当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！由以上论述即可归纳出三点结论：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 ２.制品表面产生伤痕或裂痕。在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振)）。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。 3.制品产生扭曲变形。发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m以内)且长度超出60m/m以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力是无法改变塑料的轫性与惯性。所以不要尝试用强大的压力，去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为6kg)，包含用模治具的强迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点，那就是从表面探讨变形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是经完成超音波熔接后，就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前，会因导熔线的存在，而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差，而在完成超音波熔接后，却显现成肉眼可看到的变形。解決方法：1.降低压力（压力最好在2kg 以下）。2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。3.增加硬化时间（至少0.8 秒以上）。 4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。 5.分析产品变形主因，予以改善。 4.制品内部零件破坏※超音波熔接后发生产品破坏原因如下：1.超音波熔接机功率输出太