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超声波塑胶熔接设计应用

来源：江先生 发布时间：2010-12-12 11:07:52
 在众多的产品中，塑料的焊接用的可是不少，而且焊接方式也是多式多样。
  首先一起来大约了解下，目前常用的各种零件焊接方式 ： 1．超声波焊接     2，振动焊接       3，旋转焊接      4，热板焊接
  5．感应焊接       6，接触电阻焊接   7，热气焊接      8，挤出焊接
   但超声波焊接和旋转焊接是我们实际中在塑胶产品上应用的最多，最广泛的。接下来只就针对这两种焊接工艺做讲述。其它的焊接工艺，有兴趣的朋友可以自已找资料学习研究和是私下找我商讨也行。
首先，我们一定要真正弄清焊接的原理，只有这样，才能设计出好的焊接结构，才能在这种结构上成为真正的工程师，不然你的所谓经验和资料，都将成为你的绊脚石。
一,焊接的原理：
      几乎所有的焊接，都是将两焊接零件的焊接端面分子产生运动，使它们相互扩散，相互缠结。达到相互连接的目的。
如我们的超声波焊接就是利用焊头的高频振动,使两焊接零件高频磨擦，将机械能转化为热能，热能将两焊接面的分子溶解，恢复其活性，然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的，
      而我们通常用的502胶水，或是其它粘接剂，胶水本是一种高腐蚀的液体，它将焊接面的分子膨涨，恢复其活性，然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的。其实不难明白。焊接就是一个让分子相互缠结的过程。
二,超声焊接剖析：
2.1:超声波焊接设备，相信各位都有见过，还是再来哆嗦一下。如图：


由上图我们不难明白，超声焊的焊接原理：
1,输入低频电。
2.通过电源箱变频，转换成高频电输出。
3.通过变压器装置将高电频信号转换成机械振动。原理就和电铃一样，都是电磁场的高频切换来实现，这个就是我们所谓的超声了。
4.通过振幅变压器整合振幅à--->
5.输出能量，将焊头引至高频振动à--->
6.焊头将塑胶零件高频摩擦，产生热能。使塑胶熔化。à--->
7.风压装置同时下压运动.将两零件融合在一起，然后冷却，达到粘结目的。
接下来着重讲下超声装备各部件的基本参数：
    通过电源箱变频后，其输出频率通常在20~50kHZ之间，(20kHZ最常用)其振幅通常在15~60um.也有时候会将其频率调成15Khz.这种声频率适合用来超声较大制件或是较软的材料，如大型的PP材料外壳等。一但将超声将塑胶局部熔化后，超声会立即停止，通常这个超声过程会在0.5~1.5S内完成。
另外一个要了解的是焊头的材料选择：
总体上来讲，如果是用来超声塑胶，我们一般一般选用质量较轻，强度较好，高耐摩擦，超声传导较优秀的金属材料来制作。如我们通常用的有，钛，铝，或是其它合金。
【概述】：
教程详细介绍了在塑胶件装配中常用的各种超声焊接方法和应用，并对各种超声方式的塑胶结构设计方法的异同进行分析和优化以避免产生缺陷，是一个不可多得的有关超声波焊接的好教程。


三，超声波焊接头设计
对于像ABS ,PC,HIPS等易于超声熔接焊的塑胶，其接头形式通常设计成以下几种：
  (设计方案一)
  像这种接头的设计是不适合用来做超声熔接焊接的，它需要很长的焊接时间，很大的焊接能量，而且焊完后周边还有熔胶会溢出，影响产品外观。


(设计方案二)
如左图改进后的超声线设计，通常我们做成一条三角形的小骨，这样会减小焊接能量和时间，(在学术界用专业的语言来讲，这种小三角骨称为能量导向器)但是仍然会有小部分溢料，影响外观。


(设计方案三)
通常为了防止溢胶影响外观，我们要做成如左图形式，将超声线做在止口内，防止塑胶熔体溢出。


(设计方案四)
当产品壁厚不够，不能做止口结构时，为了防止塑胶熔体溢出影响外观，通常我们将产品结构做成如左图，做一个溢料收集器来防止不不良现像




(设计方案五)
有经验的工程师应该都知道，没有美工线的产品在装配变形后极易引起上下盖错位，从而导致刮手。超声也是一样，也有错位的机率，为了防止有刮手现像，最好还是做一点美工线在上面。




介绍完了超声熔接焊的超声接头形式，大家一定在想，那么超声线的具体参数要怎么设计才合理呢？实际上超声线的参数与其被超声零件和材质与其体积大小有一定的关系。通常我是这样来设计的，见下表（仅供参考）




止口的设计参数通常如下图：

   


有时为了增加超声波焊接强度，我们也可以在超声面上做一些纹理，用来做超声强度改良，如图：、
【概述】：
教程详细介绍了在塑胶件装配中常用的各种超声焊接方法和应用，并对各种超声方式的塑胶结构设计方法的异同进行分析和优化以避免产生缺陷，是一个不可多得的有关超声波焊接的好教程。


有经验的工程师可能也知道，用超声波焊接完后有时候会出现Gap不均匀的现像，就是有些地方的Gap大，有些地方的Gap小，导致产品十分丑陋，如下图实例：





为什么会出现这一情况呢？我们在设计上该如何防止呢？首先我们假设在超声波加工设备上是没有问题的，那么我们要在设计上来解决这一现象。一起来分析~~
不良原因一：超声线的设计不良。如图~

     

不良原因二：超声零件的材质不同，在超声焊接中，两被超声的零件尽可能使用相同的材料。如像PA,它就只能与PA相互超声连接。POM,只能与POM相互超声。使用不同的材料相互超声，更严重的会有根本无法焊接的现象。相对来讲，半结晶塑胶比较容易出现不易超声或是超声不良。
如果说因产品需求，我们一定要用两种不同的材料来进行超声波焊接，建议将超声结构做成机械互锁式，如下图：


不良原因三：超声零件过于潮湿或是零件内掺有玻纤或是其它阻燃剂等化学成分，也会导致超困难或是不良现像
接下来就是大家比较关心的超声线位置与超声质量之间的关系，

请问是A超声质量好还是B好。
两者的不同之处仅在于A将超声线设计于上盖上。B将超声线设计在下盖上。
不怕的答案是：两者超声效果一样，为什么这样讲呢，且听我细细道来~~~

如果超声设备，超声线设计参数及两零件材料是相同的，那么影响超声质量的就只有超声线与超声波焊头之间的距离了。这个就是我要讲的近场焊与远场焊。
  什么叫近声焊？什么叫远场焊？一般来说，当超声线与超声焊头的距离小于6.3mm时，我们称为近声焊，大于6.3mm时，则称为远场焊。如图：
  

   一般来讲，像普通的塑胶材料，超声线和焊头距离越近越好，那样更加容易产生焊接，但有些特殊材料则只能使用远场焊来进行焊接，如玻璃，无定形材料。因为使用近场焊容易会合零件产生裂纹或是其它损坏。所以就TONY那题我个人认为单从其超声效果上来看是一样的。没有明显差别。
   超声熔接焊就给各位介绍到这里了，相信各位还有听说过超声紧压焊，超声埋塑焊，超声剪切焊，超声斜坡焊等等，其实原理和超声熔接焊的原理差不多，只是在超声线结构及超声波能量上有些不同