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影響超聲波塑料焊接強(qiáng)度的原因解析

2021-04-23 10:44
超聲波焊接熱塑性塑料的產(chǎn)品強(qiáng)度一般都比較低，難以滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求，我們只有深入分析影響超聲波焊接強(qiáng)度的原因才能更好地對(duì)癥下藥找到方法使產(chǎn)品的強(qiáng)度達(dá)到要求。

經(jīng)分析導(dǎo)致超聲波焊接強(qiáng)度不夠的原因主要有以下幾個(gè)方面：


（1）超聲波焊接夾具
超聲波焊接夾具與產(chǎn)品的接觸面受力是否均勻直接影響超聲波焊接的效果，進(jìn)而對(duì)焊接后產(chǎn)品的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。當(dāng)產(chǎn)品受力均勻時(shí)，各焊接部位能達(dá)到一致穩(wěn)定的焊接狀態(tài)，從而獲得較理想的焊接效果。當(dāng)產(chǎn)品受力不均勻時(shí)，產(chǎn)品部分區(qū)域可能出現(xiàn)焊接不充分而使產(chǎn)品局部強(qiáng)度不足。如果加大超聲波輸出的能量可使焊接強(qiáng)度提升，但是與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)質(zhì)量問(wèn)題，就是會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)壓傷的情形。 一般來(lái)說(shuō)，超聲波焊接作業(yè)時(shí)，只要焊接產(chǎn)品與焊接夾具表面只要接觸準(zhǔn)確就可以得到理想的焊接效果。其實(shí)這只是表面的看法，超聲波既然是摩擦振動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)超聲波傳導(dǎo)的現(xiàn)象，如果只是觀察硬件（產(chǎn)品與焊接夾具）的吻合程度，而忽略了超聲波焊接作業(yè)的方式，必定會(huì)產(chǎn)生舍本逐末或誤判的后果。事實(shí)上焊接夾具的吻合度，產(chǎn)品截面的高低、肉厚、深淺、材質(zhì)的組織，必定是無(wú)法百分之百承受相同的壓力。另一方面，上模（HORN）輸出的能量每一點(diǎn)都有誤差，并非整個(gè)面發(fā)出的能量都相同，這也勢(shì)必產(chǎn)生產(chǎn)品焊接程度的差異。不過(guò)，通過(guò)調(diào)節(jié)超聲波焊接機(jī)本身的水平螺絲可以盡可能地修正上模輸出的能量誤差。 超聲波焊接夾具主要起定位及承載的作用。對(duì)于具有復(fù)雜三維曲面形狀及加工精度要求高的產(chǎn)品，對(duì)超聲波夾具的加工精度則有較高的要求。

（2）超聲波焊接條件
超聲波焊接作業(yè)的條件是指機(jī)器的輸出功率、壓力（動(dòng)態(tài)壓力與靜態(tài)壓力）、焊接時(shí)間、硬化時(shí)間、延遲時(shí)間等諸元素的設(shè)定。通過(guò)優(yōu)化超聲波焊接作業(yè)的條件往往能獲得理想的焊接效果。 在實(shí)施超聲波焊接時(shí)，如果壓力太大，氣缸下降緩沖太快，易把超聲波焊接線壓平，雖然產(chǎn)品看似已經(jīng)密合，但因焊接線已經(jīng)受擠壓而下陷，失去了焊接效果，形成塑料零見(jiàn)面與面的強(qiáng)迫焊接，而非三角形點(diǎn)的引導(dǎo)焊接，所以產(chǎn)生假焊假象。 輸出功率指的是產(chǎn)品在焊接過(guò)程中，超聲波機(jī)器單位時(shí)間內(nèi)輸出的能量。輸出功率與焊接時(shí)間及振幅成正比。通常通過(guò)調(diào)整振幅來(lái)控制超聲波機(jī)器的輸出功率。輸出功率太大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，產(chǎn)生毛邊等問(wèn)題；輸出功率太小則影響產(chǎn)品焊接強(qiáng)度。焊接時(shí)間指的是產(chǎn)品在焊接過(guò)程中，超聲波機(jī)器從能量輸出到結(jié)束的時(shí)間。合理的焊接時(shí)間設(shè)計(jì)可得到理想的能量輸出，從而達(dá)到最佳的焊接效果。 硬化時(shí)間是指超聲波焊接完成后上模繼續(xù)壓著物體使剛剛?cè)诨暮附泳€充分固化的時(shí)間。硬化時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，太短則焊接線未完成固化，影響焊接強(qiáng)度。 延遲時(shí)間指的是為了讓需要進(jìn)行超聲波焊接的產(chǎn)品充分吸收超聲波機(jī)器所發(fā)出的能量，先將產(chǎn)品預(yù)壓到一定的緊密度后，在發(fā)出超聲波，從產(chǎn)品預(yù)壓到發(fā)出超聲波這段時(shí)間叫延遲時(shí)間。延遲時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊等問(wèn)題；太短則能量未完全吸收，影響產(chǎn)品焊接強(qiáng)度。

（3）超聲波焊接線
超聲波焊接線的尺寸及形態(tài)對(duì)產(chǎn)品焊接強(qiáng)度的影響也是非常直接的。通常，超聲波焊接線的尺寸大小與產(chǎn)品焊接強(qiáng)度成正相關(guān)。也就是說(shuō)尺寸越大，產(chǎn)品焊接后的強(qiáng)度越高。但是，這不是說(shuō)焊接線的尺寸越大就越好。焊接線的尺寸太大時(shí)，會(huì)引發(fā)另外一個(gè)問(wèn)題即產(chǎn)品極易出現(xiàn)毛邊。
延伸閱讀：超聲波焊接線設(shè)計(jì)原則

（4）塑料產(chǎn)品材料
非結(jié)晶性硬質(zhì)塑料，如聚碳酸酯PC、丙烯腈—丁二烯—苯乙烯聚合物類ABS、聚苯乙烯PS、局甲基丙烯酸甲酯PMMA等，對(duì)超聲波能量通常具有良好的透射率，高頻振動(dòng)能可經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離傳輸?shù)慕涌趨^(qū)域，因此這些材料具有良好的焊接性能。而半結(jié)晶性塑料，如聚酰胺PA、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚甲醛POM等，對(duì)超聲波能量通常具有較強(qiáng)的消聲作用，高頻振動(dòng)能經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離傳輸?shù)浇涌趨^(qū)域時(shí)，超聲波能量會(huì)很快衰減，因此半結(jié)晶性塑料的焊接性能相對(duì)較差。
延伸閱讀：超聲波塑料焊接材料的選擇

在超聲波焊接過(guò)程中，不可避免的問(wèn)題是強(qiáng)度經(jīng)常不能滿足期望的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，在焊接操作期間不可能獲得一件式的強(qiáng)度。我們只能創(chuàng)造條件，使其盡可能達(dá)到產(chǎn)品的強(qiáng)度要求。