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超聲波塑料焊接原理

2021-04-02 11:12
超聲波塑料焊接原理及過程

超聲波塑料焊接（ ultrasonic welding ）是一種非接觸性焊接方式， 超聲波焊接是通過超聲波發(fā)生器將 50/60 赫茲電流轉(zhuǎn)換成 15 、 20 、 30 或 40 KHz 電能。振動能量被通過摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能， 將塑料熔化從而產(chǎn)生粘接力的焊接方式。超聲波焊接可以應(yīng)用 于大多數(shù)車用工程塑料的粘接工藝中，成為粘接工藝的重要技 術(shù)資源之一，具有廣泛的應(yīng)用前景。 超聲波焊接時通過以超聲波方式作為載體的電能，轉(zhuǎn)化為一定振幅的，作用于焊接區(qū)，在兩個焊接的交界面處聲阻較大的 區(qū)域產(chǎn)生局部高溫，熱量聚集在焊接材料的中間，由于塑料導(dǎo)熱性差，一時還不能及時散發(fā)，使得塑料接觸面迅速融化，在應(yīng)力作用下，使粘接面融合在一起。通過冷卻成型，實(shí)現(xiàn)粘接面牢固結(jié)合的焊接目的。這種焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度，材料特性不發(fā)生直接影響和變化的焊接方式，具有保持材料相關(guān)塑性特質(zhì)，對粘接件的彈性和機(jī)械強(qiáng)度影響很小，符合工程粘接的工藝技術(shù)要求。
如圖 1 所示，超聲波焊接過程分為以下四個階段:
第一階段焊頭與零件接觸，施壓并開始振動 。 摩擦發(fā)熱量熔化導(dǎo)能筋，熔液流入結(jié)合面 。 隨著兩零件之間距離的減少，焊接位移量( 兩零件之間由于熔體流動產(chǎn)生的距離減小值) 開始增加 。 起 初焊接位移量快速增加，然后在熔化的導(dǎo)能筋鋪展并接觸下零件表面時放慢增速 。 在固態(tài)摩擦階段，發(fā)熱是由于兩表面之間的摩擦能和零件中的內(nèi)摩擦產(chǎn)生的 。 摩擦發(fā)熱使聚合物材料升溫至其熔點(diǎn) 。 發(fā)熱量取決于作用頻率 、 振幅和壓力;

第二階段熔化速度增加導(dǎo)致焊接位移量增大及兩零件表面相接觸 。 此階段形成薄的熔化層， 由于持續(xù)發(fā)熱，熔化層厚度增加 。 此階段的熱量是由粘性耗散( viscous dissipation ) 產(chǎn)生;

第三階段焊縫中溶液層厚度保持不變且伴隨 著恒溫分布，出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熔化;

第四階段在經(jīng)過設(shè)定的時間或達(dá)到特定的能 量 、 功率級或距離之后，電源切斷，超聲振動停止， 開始進(jìn)入第4階段 。 壓力得以保持，使部分額外熔液擠出結(jié)合面 。 在焊縫冷卻和凝固時達(dá)到最大位移量，并發(fā)生分子間擴(kuò)散 。