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密封工艺之超声波焊接

来源:
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时间:2019-07-30

超声波焊接是热塑性塑料的焊接方法之一,其优缺点共存。它是从小型到中型尺寸注塑成型的热塑性塑料制品低成本的焊接方法。当前,有些厂商选用超声波焊接作为密封或防水的组装工艺,但因不太了解超声波工艺的特性与制品的设计要求,也出现过很多质量问题,所以正确认识超声波焊接工艺的原理、工艺、设计要求等非常有必要。总体上讲,超声波焊接用作产品的密封或防水组装工艺是可行的,关键是如何做好包括设备适配、模具设计与制造、产品设计、参数设定、工艺管控、检验试验等。

超声波焊接原理

超声波焊接工作原理是将高频的声波振动从一个金属焊头发射出来,在热塑性塑料制品的粘和面上产生摩擦,融化塑料,达成足够强度的粘合。

具体的讲,就是在超声波焊接中,通过焊头在制品表面引起分子与界面摩擦面产生振动。聚合物开始局部的软化,当阻尼因子增加时,自身反应加速,使得大部分振动能转化成热能。这样可使塑料制品的温度升高到熔点。在振动停止后,保压到产生分子键链接,焊缝充分冷却。

超声波焊接一般在20-50千赫兹范围内发生,振动范围为15-60um。低于15千赫兹的较高振幅的声频主要应用于较大的塑料制品或较软材料,焊接过程通常在0.5-1.5秒内发生。

焊接工艺包括焊接时间、焊接位置和焊接压力,超声波珊姐方法可根据焊接时间、焊接位置、焊接能量进行控制,同时也对焊接焊接压力、冷却时间予以附加控制。

从原理上讲,振动源离焊缝越近,零件吸收振动的损失就越少,当焊头放置在距离焊缝6mm以内时,叫近距离焊接,即使是薄壁和结晶或低硬度聚合物,使用近距离焊接也能达到极佳的效果。当焊头放置在距离焊缝6mm以外,甚至大于250mm时,叫远距离焊接,主要用作无定形或高硬度的热塑性塑料零件。当然远距离焊接需要较长的焊接时间、较高的振幅及较强的焊接压力。

超声波焊接的优缺点

1.超声波焊接的工艺优点

  • 可用于大多数热塑性塑料的高强度粘合
  • 较高的能效与速度
  • 不需要附加材料,可立即操作
  • 不需要常规制品装配时需要的螺丝、卡玛、粘结等工艺,产品外观简洁,可有效方式非正常拆卸。

2.超声波焊接的工艺缺点

  • 用作持续焊接时制品大小与形状有限制,两个制品间的连接面必须是平整的,并且接头表面非常的靠近,有一个固定的距离,使焊头容易靠近。
  • 不是所有的热塑性塑料都可以焊接
  • 限制使用在注塑的产品上
  • 用作密封焊接时,其效果一致性不具备优势,由于功率的变化、表面不规则、顶针位干涉、披锋影响、材料差异和多模腔制品尺寸的变化,致使焊接件存在一致性问题
  • 超声波焊接是通过塑胶的热熔和形成一体的,所以此类产品的工艺参数的调试设置非常重要,一旦出现制品批次不良时,几乎内办法返工重新超声波焊接,因为制品原来的超声面、超声线已被破坏

理想状态下,超声波焊接的两种制品应由相同的聚合物制成,这样可以确保焊缝两侧在相同的温度下融化。有些情况下,要求两种制品材料不同,通常,也应要求这两种材料彼此的玻璃化温度相差在22℃以内,而且他们的分子结构相似,这样才可以焊接。