塑膠構(gòu)件的焊接工藝-超聲波

1、塑膠構(gòu)件焊接工藝,結(jié)構(gòu)件拆分與連接,產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素：功能外觀材料成型方法質(zhì)量控制方法檢測(cè)方法,結(jié)構(gòu)件拆分與連接,塑膠結(jié)構(gòu)件拆分要素：功能外觀材料連接方法質(zhì)量控制方法檢測(cè)方法,結(jié)構(gòu)件拆分與連接,塑膠結(jié)構(gòu)件連接方式選擇要素：承受載荷的面積和大小承受載荷的類型幾何形狀使用環(huán)境可重復(fù)性、可靠性期望壽命,螺絲連接扣位連接鉚合連接過(guò)盈連接…………,,機(jī)械連接,粘接,膠粘……,焊 接,激光焊接感

2、應(yīng)焊接接觸（電 阻）焊接熱氣焊接擠出焊接…………,超聲波焊接熱板焊接旋轉(zhuǎn)焊接振動(dòng)摩擦 焊接高周波焊 接（PVC）,塑膠構(gòu)件連接種類,,,,,,,,,,,,結(jié)構(gòu)件拆分與連接,主要探討塑膠焊接工藝：超聲波焊接熱板焊接摩擦焊接旋轉(zhuǎn)焊接振動(dòng)摩擦焊接,結(jié)構(gòu)件拆分與連接,超聲波焊接,A、超聲波焊接,A 超聲波焊接,一、超聲波焊接特點(diǎn)：快捷、操作方便容易焊接強(qiáng)度大、密封效果好節(jié)能工作環(huán)境干凈

3、，無(wú)需配置散煙、通風(fēng)裝置成本低、效率高適用范圍廣（可用于絕大多數(shù)熱塑性聚合物）,A 超聲波焊接,把50/60Hz電能轉(zhuǎn)換成一定頻率的高頻電能,把高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)能,增大機(jī)械振幅,能量集中器（導(dǎo)融線）吸收振動(dòng)能溫升熔融，在壓力下凝固接合,二、超聲波焊接原理：,傳遞振動(dòng)能,增大振幅、有效傳遞振動(dòng)能,A 超聲波焊接--超聲波焊接原理,邊緣一定范圍內(nèi)存在的橫向振動(dòng),工件面上近乎垂直的振動(dòng),焊頭發(fā)波示意圖,A 超聲波焊接,三、影響塑

4、件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,聚合物結(jié)構(gòu)熔化溫度硬度（柔韌性）化學(xué)結(jié)構(gòu)添加物,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,聚合物結(jié)構(gòu),非結(jié)晶聚合物分子排列無(wú)序有明顯的使材料逐步變軟、熔化及至流動(dòng)的溫度（Tg玻璃化溫度）能有效傳輸超音速振動(dòng)實(shí)現(xiàn)良好焊接的壓力/振幅范圍寬。,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,半結(jié)晶型聚合物分子排列有序有明顯的熔點(diǎn)（Tm熔化溫度）和再度凝固點(diǎn)固態(tài)的結(jié)晶型聚

5、合物富有彈性，能吸收部分高頻機(jī)械振動(dòng)超聲波振動(dòng)傳遞效果較差熔融材料易于迅速凝固,兩種聚合物聲波/振動(dòng)傳輸效果比較,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,如要獲得較為滿意的焊接質(zhì)量，相對(duì)非結(jié)晶聚合物，半結(jié)晶聚合物需要更高的振幅/能量。,所以，在設(shè)計(jì)半結(jié)晶性材料構(gòu)件的焊接時(shí)，必須注意這類材料的特殊性。在構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度、剛性、焊口結(jié)構(gòu)、超聲模頭的有效接觸及夾具要求

6、等設(shè)計(jì)方面需特別關(guān)注，才能取得超聲波焊接的成功。,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,熔化溫度,聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,硬度（柔韌性）,材料的硬度大小影響了超聲波振動(dòng)的傳輸效果。硬度越大，其傳輸超聲波的效果越好（焊接性越好）。,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,化學(xué)結(jié)構(gòu),熱塑性與熱固性 熱塑性聚合物：

7、 線型高分子，受熱情況下分子間可互相移動(dòng)（流動(dòng)）。此類聚合物可以在加熱時(shí)熔融?？捎糜诔暫附?。熱固性聚合物： 交聯(lián)型高分子，受熱情況下分子不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)（相對(duì)滑移）。故加熱時(shí)，不會(huì)熔融。此類聚合物不能用于超聲焊接。,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,添加物,常用填充物：玻璃纖維（GF）、礦物粉末（滑石粉TALC）,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,對(duì)焊接性影響：據(jù)資料

8、記載：非結(jié)晶型聚合物加入填充物不影響焊接性。半結(jié)晶型聚合物：加入量10%，焊接性能惡化,常用材料的焊接性,A 超聲波焊接--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,我們需要重點(diǎn)關(guān)注的是：非結(jié)晶型和半結(jié)晶型聚合物的焊接性能差異。半結(jié)晶型聚合物的焊接性能相對(duì)較差。一般情況下，非結(jié)晶型聚合物有相容的可能，而半結(jié)晶型聚合物幾乎不相容。如果你需要選擇半結(jié)晶材料超聲焊接，需要特別留意之前的成功或失敗經(jīng)驗(yàn)及結(jié)構(gòu)差異。,A 超聲波焊接

9、--影響塑件焊接質(zhì)量的因素（可焊接性）,A 超聲波焊接,四、超聲波焊接在塑件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用：,焊接鉚焊嵌件焊,點(diǎn)焊疊合封口/切斷,以上應(yīng)用只是焊接的不同形式，區(qū)別在于熔融面的位置變化，原理不變。,焊接結(jié)構(gòu),A 超聲波焊接,五、焊口設(shè)計(jì),一般分為兩種基礎(chǔ)模式：端面式剪切式在實(shí)際應(yīng)用中常在此基礎(chǔ)模式上合理的組合運(yùn)用,A 超聲波焊接—焊口設(shè)計(jì),端面式—相對(duì)剪切式,能耗較小焊接面是平面時(shí)，焊接密封性較好焊接強(qiáng)度較差抗疲勞性能

10、較差較適宜于非結(jié)晶聚合物焊接對(duì)于半結(jié)晶聚合物，工藝調(diào)整范圍較窄有密封要求的焊接，焊接面的平面度及表 面質(zhì)量要求較高,A 超聲波焊接—焊口設(shè)計(jì),剪切式—相對(duì)于端面式,能耗較大焊接強(qiáng)度較大回轉(zhuǎn)面或不存在小角度面焊接密 封性較好抗疲勞強(qiáng)度性能較優(yōu)越徑向尺寸公差要求較嚴(yán)焊接壁剛性要求較高不適宜焊接硬度較低的材料不適宜尺寸較大的焊件,A 超聲波焊接,六、近場(chǎng)焊接與遠(yuǎn)場(chǎng)焊接,焊頭,焊頭,夾具,,,,近場(chǎng)焊接,遠(yuǎn)場(chǎng)焊

11、接,A 超聲波焊接—近場(chǎng)焊接與遠(yuǎn)場(chǎng)焊接,有資料規(guī)定：在20KHz系統(tǒng)中，將焊頭/上焊件界面到焊接界面之間的距離小于6mm的稱為近場(chǎng)焊接；大于6mm的稱為遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。當(dāng)聲波頻率是20KHz時(shí)，由于聚合物結(jié)構(gòu)差異，聲波在聚合物中的波長(zhǎng)約為6cm～13cm。,A 超聲波焊接—近場(chǎng)焊接與遠(yuǎn)場(chǎng)焊接,近場(chǎng)焊接：20kHz操作系統(tǒng)中，焊頭與焊接面距離遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)。焊接面與焊頭表面的振幅幾乎相等。此類焊接質(zhì)量易于控制。,遠(yuǎn)場(chǎng)焊接：焊頭距離焊接面距離

12、近于或大于波長(zhǎng)，焊接面的振幅取決于聲波在聚合物中的傳輸性質(zhì)。較近場(chǎng)焊接：耗能大、焊件傷害大。此類焊接質(zhì)量更加難以控制。,A 超聲波焊接—近場(chǎng)焊接與遠(yuǎn)場(chǎng)焊接,所有焊接盡量使用近場(chǎng)焊接半結(jié)晶聚合物焊接不建議使用遠(yuǎn)場(chǎng),A 超聲波焊接,七、焊接工藝,焊頭下降下沖程,焊接過(guò)程,保壓過(guò)程,焊頭回位上沖程,A 超聲波焊接--焊接工藝,超聲波焊接工藝部分依賴于焊接設(shè)備的類型,設(shè)備,不同供應(yīng)商提供的設(shè)備有很大的差異，影響實(shí)際運(yùn)用的主要因素是

13、：工藝模式、操作頻率、最大實(shí)際功率,A 超聲波焊接--焊接工藝,注：人耳可聞聲音頻率大約為小于18KHz。,設(shè)備頻率、最大功率、輸出振幅相對(duì)參數(shù)（參考值）,A 超聲波焊接--焊接工藝,注：前兩位數(shù)表示頻率，后兩位數(shù)表示功率。,我公司現(xiàn)使用超聲設(shè)備型號(hào)：,國(guó)產(chǎn)（常榮）：1525、1530、1542必能信：2020,A 超聲波焊接--焊接工藝,必能信焊接機(jī)可選工藝模式：時(shí)間模式—超聲波振動(dòng)達(dá)到預(yù)定時(shí)間停止焊接。不考慮其它參數(shù)。能量

14、模式—超聲波振動(dòng)保持直至達(dá)到預(yù)定能量值停止焊接。不計(jì)其它參數(shù)。坍塌模式—焊接達(dá)到預(yù)定位移量停止焊接。不計(jì)其它參數(shù)。最大功率模式—瞬時(shí)功率達(dá)到預(yù)設(shè)功率停止焊接。接觸探測(cè)模式—焊頭到達(dá)預(yù)定的位置（焊頭接觸到夾具）停止焊接。絕對(duì)距離模式—設(shè)定焊頭下落開(kāi)始到焊接停止的距離。,國(guó)產(chǎn)（常榮）焊接機(jī)工藝模式：時(shí)間模式,A 超聲波焊接--焊接工藝,時(shí)間模式主要工藝參數(shù)：壓力延時(shí)時(shí)間焊接時(shí)間保壓時(shí)間輸入功率,A 超聲波焊接,八、焊接構(gòu)件

15、設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,,上焊件下焊件,A 超聲波焊接--焊接構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,上焊件,焊接面的初始接觸面積最小化（如導(dǎo)融線）內(nèi)轉(zhuǎn)角避免直角設(shè)計(jì)在垂直于焊接面的空間范圍避免出現(xiàn)孔/槽盡量使用近場(chǎng)焊接避免出現(xiàn)薄膜效應(yīng)注意凸出結(jié)構(gòu)（或附加物）的焊?jìng)蛎撾x確保焊頭與上焊件的接觸受壓面積足夠大,下焊件,確保足夠的強(qiáng)度和剛性方便在夾具中的有效定位（支撐足夠和定位準(zhǔn)確）在垂直于焊接面的空間范圍，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)空洞。如必須，應(yīng)盡量遠(yuǎn)

16、離焊接面且盡量減小空洞的結(jié)構(gòu)尺寸上、下焊件需包含有效的對(duì)中和導(dǎo)向結(jié)構(gòu),A 超聲波焊接--焊接構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,在滿足性能、外觀要求的同時(shí)，我們還要為工藝過(guò)程考慮：即，盡量讓我們的設(shè)計(jì)質(zhì)量可以在較寬的工藝范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)確保焊接質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)原則：上工件能夠有效的把聲波傳遞到焊接面，并盡量減少能量損失下工件確保對(duì)聲波能量的吸收盡量小,小提示：,A 超聲波焊接--焊接構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題,焊接終止定位：一般不建議使用結(jié)構(gòu)定位導(dǎo)向