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塑料超聲波焊接工藝

2021-06-28 17:18
熱塑性塑料及熱塑性復(fù)合材料的焊接是指通過(guò)加熱使聚合物界面熔融（或軟化）并熔接，從而將部件連接在一起的加工方法。由于界面強(qiáng)度是由界面處聚合物長(zhǎng)鏈分子間擴(kuò)散形成的，所以有時(shí)也稱(chēng)為熔接。超聲波焊接是熱塑性材料和熱塑性復(fù)合材料熔接的常用方法。塑料超聲波焊接工藝通過(guò)在焊件施加低振幅（10～250）高頻率機(jī)械振動(dòng)來(lái)完成焊接。超聲波焊接經(jīng)常用來(lái)焊接由于復(fù)雜或價(jià)格較高而不能整體成型的部件。
塑料超聲波焊接工藝
 

塑料超聲波焊接工藝


熱塑性塑料的超聲波焊接有兩種工作模式:切入式焊接和連續(xù)焊接。切入式焊接是一個(gè)不連續(xù)的過(guò)程：超聲波焊具插入待焊件中進(jìn)行焊接，焊接結(jié)束后收回。在連續(xù)焊接中，超聲波焊具在一定壓力下或固定間隙下一直保持與焊件接觸，焊件以連續(xù)方式抽出（通常為薄膜或纖維）。

超聲波焊接工作模式
材料的切入式超聲波焊接常用于焊接、鉚接、導(dǎo)入和壓型。切入式超聲波焊接是將待焊件放入夾具中，起動(dòng)程序施加超聲波能量進(jìn)行焊接，結(jié)束后取走焊件。切入式焊接過(guò)程可以手動(dòng)或自動(dòng)，整個(gè)切入式焊接周期短的可以達(dá)到幾分之一秒，長(zhǎng)的為20～30s。

連續(xù)超聲波焊接幾乎只用于連接薄膜和纖維。被連接材料置于焊頭和夾具之間并以一定的速度喂入。這種應(yīng)用類(lèi)似于塑料縫合，并且許多連續(xù)超聲波焊接設(shè)備的設(shè)計(jì)無(wú)論是外觀還是功能都像一臺(tái)縫紉機(jī)。但對(duì)于較大的連續(xù)焊接焊件，焊接設(shè)備通常很大，其設(shè)計(jì)就與縫紉機(jī)完全不同。材料在連續(xù)超聲波焊接過(guò)程中所承受的力和振動(dòng)與切入式焊接類(lèi)似。通常焊頭和夾具邊緣在材料進(jìn)入位置為圓形。當(dāng)材料進(jìn)入焊頭和夾具之間時(shí)，壓力逐漸增加，且材料上所施加的超聲波振動(dòng)也逐漸增加，直到力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)椴牧显诤割^與夾具的縫隙中，所以冷卻過(guò)程中的保持壓力可以由相鄰已經(jīng)焊好的材料（已冷卻和固化）施加。
 
超聲波焊接工藝特性超聲波焊接通常有兩種形式：近場(chǎng)焊接和遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。目前工業(yè)上廣泛使用的20kHz焊接系統(tǒng)中，將焊頭/部件界面與焊接面之間距離小于6mm的稱(chēng)為近場(chǎng)焊接，距離大于6mm的稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。
①近場(chǎng)焊接主要包括焊件的機(jī)械振動(dòng)、熱塑性塑料的黏彈性加熱、熱傳遞、流動(dòng)和浸潤(rùn)、分子間擴(kuò)散、冷卻和重新固化等6個(gè)階段。在近場(chǎng)焊接中，焊接面的振幅與焊頭表面的振幅接近。
②遠(yuǎn)場(chǎng)焊接由于焊頭與部件接觸面到焊接面之間的距離大于6mm，所以在20kHz頻率下，塑料部件中的波長(zhǎng)為6～13cm。頻率越高，波長(zhǎng)越短，6mm的距離相對(duì)太大以至于不能忽略微波在部件中傳播的影響。

塑料超聲波焊接工藝是一門(mén)新型高效的塑料連接固定技術(shù) 。 由于其高效的生產(chǎn)效率 、 低廉的設(shè)備投資和可靠的質(zhì)量保證 , 它正得到越來(lái)越廣泛的推廣和應(yīng)用。