2.1 换能器
通过逆压电效应将来自于发生器的超声频电压转化为同频率的超声机械振动。针对不同的焊接产品(材料)和焊接效果(成点或成线),都需要专门的焊接工艺与之对应。它由夹于两金属(通常是钛)块之间的若干压电陶瓷片组成。片与片之间有一薄金属板形成电极。在正弦电信号经由电极提供给换能器时,压电片膨胀和收缩,产生 15~20 μm 的轴向峰到峰运动。换能器是精密设备,应小心处
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2.1 换能器
通过逆压电效应将来自于发生器的超声频电压转化为同频率的超声机械振动。针对不同的焊接产品(材料)和焊接效果(成点或成线),都需要专门的焊接工艺与之对应。它由夹于两金属(通常是钛)块之间的若干压电陶瓷片组成。片与片之间有一薄金属板形成电极。在正弦电信号经由电极提供给换能器时,压电片膨胀和收缩,产生 15~20 μm 的轴向峰到峰运动。换能器是精密设备,应小心处理。
2.2 变幅杆
变幅杆有两个作用。其主要作用是放大换能器端部产生的机械振动并将振动传给焊头。另一作用是提供固定套件于焊接压力机上的位置。在换能器施加超声能量时,变幅杆也膨胀和收缩。与焊接套件中的其它零件一样,变幅杆是调谐装置,因而它也必须在特定频率共振以便将超声能量从换能器传至焊头。它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺,是一种成熟的装配技术。为了有效地发挥作用,变幅杆必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长的整数倍。一般为半波长。
2.3 焊头
焊头是焊接套件中向待焊零件提供能量的部分。与变幅杆一样,焊头也是调谐装置,在大部分应用中也提供机械放大,焊头的长度必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长
的整数倍。这保证焊头端部有足够的振幅实现焊接。振幅一般为 30~120 μm。待焊零件和接头设计决定焊头的尺寸和式样。焊头的形状至关重要,因为焊头的轴向膨胀和收缩产生的应力会在高振幅情况下造成开裂。在某些应用中,焊头加工有多个轴向狭槽。这是为了确保振幅位于纵向。焊头端部将超声能量传给待焊零件。4、不锈钢振动面穿孔,一般换能器满负荷使用10年可能会出现振动面穿孔的情况。端部应专门设计以匹配零件来确保焊头和零件之间实现能量传递。通常焊头端部做成匹配零件轮廓的型材。
为防止产生压痕和减少磨损,铝必须镀镍或铬。在需耐冲击或以及焊接填充塑料或者埋植金属嵌件时,需用钢焊头。钢焊头疲劳强度低,只用于低振幅场合。复杂零件、特型的或大尺寸零件通常需要复合式焊头(子母焊头),这时基底焊头采用铝质,钛或钢次级焊头与基底焊头相连并引导能量。正常人的听觉可以听到16赫兹(Hz)-20千赫兹(KHZ)的声波,16赫兹的声波称被称之为次声波或亚声波,超过20千赫兹的声波被称为超声波(超音波),超声波焊接机也正是利用了超声波的这项技术。台州市锦亚机械制造有限公司是一家生产塑料线性振动摩擦焊接机,热铆焊接机,热板焊接机,多头非标型超声波塑料焊接机,以及非标准设备、自动化设备、治具等研发、设计、制造及销售为一体的技术服务性实体公司。
超声波焊接的步骤
超声波焊接的详细步骤如图所示:(超声波焊接的详细步骤)
步:两个焊接塑胶件先后被放置在焊接夹具中。
第二步:焊头下移,接触上部塑胶件。
第三步:压力通过焊头,把两个塑胶件件压紧。
第四步:焊头以15千赫兹或20千赫兹每秒的频率垂直振动,机械振动能量传导到两个塑胶件的初始接触区域,剧烈摩擦产生热能,当焊接界面的温度达到塑料的熔点后,塑料熔化并流动,振动停止,这一段时间称为熔化时间。
第五步:继续保持压力一段时间直到熔化的塑料冷却并固化,这段时间称为保压时间。
第六步:一旦熔化的塑料固化,去除压力,退回焊头,两个塑胶件熔合在一起,超声波焊接过程完成。

超声波焊接的微观过程
从微观上来看,当两个塑胶件从开始接触到后熔合在一起,可以分为四个阶段:
阶段:开始熔化阶段。在这一阶段,两个焊接零件表面间的摩擦和内部摩擦产生热量,塑料开始受热熔化。
第2阶段:连接阶段。在这一阶段,两个零件开始熔化在一起,形成较薄的熔合层,随着热量的增加,熔合层的厚度继续增加。
第3阶段:稳态熔流阶段。在这一阶段,熔合层的厚度继续增加,直到达到一定的厚度保持不变,振动停止。
第4阶段:保压/冷却阶段。在这一阶段,在焊接压力的保持下,熔流开始冷却凝固,两个塑胶件终焊接成一体。
超声波焊接可以一次焊接多个熔接面吗?
塑胶件装配时,会出现上盖/本体/底壳需要焊接,也就是有两个不同焊接面需要同时压接,有些朋友就疑问塑胶外壳用超声波焊接机能同时超上壳中框下壳吗?也就是3个塑料件(两层结合面)能不能同时焊接好的问题?
只要高度差不要太大,同时焊接,牢度肯定是可以的,但是会出现靠近上焊头位置牢度大于底壳,即:一面溢胶严重,而另一面有焊缝的情况。出现这种情况的原因:超声波焊接机原理是高频振动,越靠近上焊头位置能量越大,而随着距离变长,能量会逐渐稀释。大部分超声波能量被层结合面吸收,而传递到第二层结合面的超声波能量就比较小了。建议:针对产品外观要求较高的塑料件还是分二次压接的好;当时在作电流点焊电极加超声振动试验时,发现不通电流也能焊接上,因而发展了超声金属冷焊技术。对于要求不高的产品可以同时焊接两层;超声波同时压接上盖、底壳、壳体时,设计产品注塑模具时跟超声波厂家沟通,设计合理的焊接结构,购买设备前,将产品寄给厂家试样测试,确保焊接方案的可行性。
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