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功率超聲波焊接技術(shù)在包裝機(jī)械上的應(yīng)用

2021-08-23 17:27
超聲波是一種高能量機(jī)械振動(dòng)波，其振動(dòng)頻率在20kHz以上，其作用于水介質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生空化作用，已廣泛應(yīng)用于食品腌制、超聲波清洗等行業(yè);或作用于其他傳聲介質(zhì)中，產(chǎn)生不同的效應(yīng)，從而在基礎(chǔ)科學(xué)和工程應(yīng)用等領(lǐng)域都展示出非常廣闊的前景。按研究內(nèi)容劃分，可分為功率超聲和檢測(cè)超聲兩大領(lǐng)域。檢測(cè)超聲常用于工業(yè)探傷、測(cè)距及醫(yī)學(xué)檢查等，被稱為弱超聲的“被動(dòng)應(yīng)用”;功率超聲主要通過高頻超聲對(duì)接觸面進(jìn)行高頻振動(dòng)摩擦，從而改變介質(zhì)的某些特性，故功率超聲也被稱為“主動(dòng)應(yīng)用”，而超聲波焊接則是超聲“主動(dòng)應(yīng)用”領(lǐng)域的典型代表。科學(xué)技術(shù)的日新月異，人們生活水平的不斷提高，使人們開始追求一種快速、清潔、牢固、方便、無污染的焊接方式，超聲波焊接因其安全、無公害等特點(diǎn)而迅速應(yīng)用于金屬焊接、塑料焊接、包裝焊接、紡織物焊接、尼龍焊接等眾多領(lǐng)域。
 
功率超聲波焊接技術(shù)原理

功率超聲焊接是利用其縱波的波峰位置傳遞振幅到焊件接觸面，在外加壓力情況下，使兩個(gè)焊件接觸面的分子相互摩擦撞擊而熔融，使接觸位焊件材料相互融合，達(dá)到焊接加工的目的，整個(gè)過程不足0．5s，工效極高。超聲波作用于熱塑性塑料或復(fù)合材料焊件時(shí)，產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動(dòng)，通過變幅裝置放大并傳遞到焊區(qū)。同時(shí)，由于兩個(gè)焊件接觸面處聲阻很大，從而產(chǎn)生局部高溫，熱量瞬間聚集在焊區(qū)，使接觸面迅速熔化，并在一定壓力下融為一體。超聲波作用完成后，由于溫度急劇降低，分子運(yùn)動(dòng)瞬間降低，從而使焊件接觸面凝固成型，形成堅(jiān)固的分子鏈，其強(qiáng)度接近原材料。超聲波焊接時(shí)不向焊接件輸送電流，只是在靜壓力下將彈性振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楹讣g的摩擦功、形變能以及隨之有限的溫升;焊接材料結(jié)合不需要助焊劑，不會(huì)產(chǎn)生光、煙、水、氣等額外排廢物，低碳環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效。
 
功率超聲波焊接系統(tǒng)已成功應(yīng)用于熱可塑性塑料材料的焊接，但并非所有的塑料材料都可以實(shí)現(xiàn)超聲波焊接，焊接系統(tǒng)對(duì)包裝薄膜材料表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。對(duì)于不同的包裝薄膜材料，其熔點(diǎn)、焊接功率、焊接電流、焊接壓力、焊接振幅、焊接時(shí)間均各不相同，但都有一個(gè)共同點(diǎn)，即熔點(diǎn)越高所需焊接功率、焊接電流、焊接壓力、焊接振幅越大，焊接時(shí)間也越長。而對(duì)于既定功率超聲波焊接系統(tǒng)，尤其是換能器的功率是固定的，超出了其上限，將導(dǎo)致焊接不理想甚至失敗，故對(duì)于不同的材料應(yīng)綜合考慮，選擇最佳功率超聲波焊接系統(tǒng)。