超声波焊接工艺有哪些

超声波焊接工艺特点

1、节能环保

塑件加工时，不会产生烟尘，无异味，不会对工作环境造成污染。

2、生产效率高

单件塑件加工时间仅3秒，无需保压晾干。

3、操作简单

操作工人无需专门培训，只需要按键+取放件即可完成。

4、生产成本低

超声波塑焊工艺加工易损件仅超声波模具，模具使用寿命达50万次，且耗电量低，耗电量6°/天。

5、通用性高

不同的产品只需要定制专用超声波模具，增强设备利用率。

6、焊接品质高

超声波焊接可以做到无缝焊接，水气密能得到保障。

7、安全性高

超声波塑焊机是双按钮控制，操作安全性得到保证，特殊情况可以加装脚踏开关。

8、产品一致性高

设备由气缸控制动作，所有焊接参数设定后，焊出产品一致性高，废品率低。

9、设备安装简单

只需要通上电跟气，就可以加工生产。

10、易于实现自动化

超声波焊接设备带输出输入信号，只需要跟自动化设备接通，极易实现设备自动化。

一．超声波应用原理

我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫超声波。

波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。

1、 超声波在塑料加工中的应用原理：

塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。

2、 超声波焊机的组成分

超声波焊接机主要由如下几个分组成：发生器、气动分、程序控制分，换能器分。

发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。

气动分主要作用是在加工过程中完成加压、保压等压力工作需要。

程序控制分控制整机器的工作流程，做到一致的加工效果。

换能器分是将发生器产生的高压电波转换成机械振动，经过传递、放大、达到加工表面。

3．换能器分由三分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称二级杆、变幅杆，BOOSTER）；焊头（又称焊模，HORN或SONTRODE）。

①换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。将电信号转换成机械振动信号有两种物理效应可以应用。A：磁致伸缩效应。B：压电效应的反效应。磁致伸缩效应在早期的超声波应用中较常使用，其优点是可做的功率容量大；缺点是转化效率低，制作难度大，难于大批量工业生产。自从朗之万压电陶瓷换能器的发明，使压电效应反效应的应用得以广泛采纳。压电陶瓷换能器具有转换效率高，大批量生产等优点，缺点是制作的功率容量偏小。现有的超声波机器一般都采用压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器是用两个金属的前后负载块将压电陶瓷夹在中间，通过螺杆紧密连接而制成的。通常的换能器输出的振幅为10μm左右。

②焊头（HORN）：焊头的作用是对于特定的塑料件制作，符合塑料件的形状、加工范围等要求。

换能器、变幅杆、焊头均设计为所工作的超声频率的半波长，所以它们的尺寸和形状均要经过特别的设计；任何的改动均可能引致频率、加工效果的改变，它们需专业制作。耐用根据所采用的材料不同，尺寸也会有所不同。适合做超声波的换能器、变幅杆和焊头的材料有：钛合金、铝合金、合金钢等。由于超声波是不停地以20KHZ左右高频振动的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。

二：超声波工作原理：

热可塑性塑料的超声波加工，是利用工作接面间高频率的摩擦而使分子间急速产生热量，当此热量足够熔化工作时，停止超声波发振，此时工件接面由熔融而固化，完成加工程序。

通常用于塑料加工的频率有20KHZ和15KHZ，其中20KHZ仍在人类听觉之外，故称为超声波，但15KHZ仍在人类听觉范围只内。

三：超声波机构原理：

将220V，50HZ转变为15KHZ（或20KHZ）之高压电能，利用震动子转换成机械能。如此的机械振动，经由传动子，焊头传至加工物，并利用空气压力，产生工作接面之摩擦效果。振动子和传动子装置在振筒内，外接焊头，利用空压系统和控制回路，在事先设定之条件下升降，以完成操作程序。

四：组件功用说明：

1.延迟时间设定：调整开始发振时间，在限制开关动作后0~9.99秒开始发振。

2.熔接时间设定：调整熔接时间长短，在延迟时间终了发振0~9.99秒之范围。

3.硬化时间设定：调整发振终了工作物熔接处冷却定型时间在0~9.99秒之范围。

4.计数器：工作循环次数记录用，附有归零压扣。

5.调整及压力表：工作压力之指示及调整压力用。

6.声波调整：调整振动子系与发振回路之共振匹配，使转换效率达到理想。

7.振幅表：显示声波空载或负载工作之振幅强弱。

8.电源开关及灯：电源开关之控制，及指示开路之信号

9.选择开关（自动/手动/声波检查）：自动或手动之选择，及作声波空载检视之按纽。

10.声波出力调整纽：声波出力段数之设定用，1~2段为一般使用，3~4段为强力输出用。

11.声波过载灯：显示声波过载之不正常，需做声波调整，至过载灯不会显示为止。（若仍无法解除，请来电洽询）

12.频率指示：调试机器时做机器频率显示

13焊头：传动振动能量于工作物之上，使之熔接。

14上升/下降缓冲调整：调整孔位于机台侧面可适当调整，使升降惯性适中。

15下降速度调整：调整合理适当之下降工作速度用。

16熔接位置视窗：检视正常熔接时焊头压附工作物之状况。

17.最低点微调螺丝：在熔接熔化块，或外形尺寸需精确时使用可限制汽缸之下降。

18水平微调螺丝：调整此四支螺丝，可使焊头平均压附在工作物上。

19输出电缆及插座：联接机体振动子系统与发振箱线路用。

20控制电缆及插座：联接机体控制单元与发振箱自动控制回路用。

21接地螺母：电子回路之接地线连接用，漏电时之安全保障。

22保险丝座：电子线路之过载保护。

五：机器安装法：

1.将发振箱放置于机体附近操作员易于观察及调整之处。

2.接地：将地线一端接地，另一端接于发振箱后面之接地旋钮。

3.发振箱与机体联接：将机体之输出电缆插头及控制电缆插头接于发振箱插座及机体插座上

4.接空压源：将高压气压管引清净干燥之空压源与熔接机体上空气滤清器入口接头以管束结合锁紧。

5.接电源：发振箱后面之电源线及插头，请接上AC220V，∮60/50HZ电源。

六：各调整及熔接前准备工作：

1.装焊头：

（1）先将换能器（CONE）及焊头（HORN）以及焊头螺丝，以酒精或汽油擦洗干净，再将焊头螺丝及换能器，焊头结合面抹上一层薄薄的黄油脂再将焊头螺丝锁于焊头上。注意：换能器，焊头之结合面若有损伤时，振动之传达效率会递减，应谨保养。

（2）再紧固4支焊头水平调整螺丝，将换能器固定在其旋转范围之中间位置处。

（3）把焊头用手旋入换能器到不能回转为止。

（4）以焊头锁紧扳手焊头旋紧（约300Kg/cm之扭力），此时特别注意不让换能器旋转，以防止转梢扭断。（若发现旋转则4支焊头水平调整螺丝要再紧固些）。

塑料焊接工艺的分类

目前常用的塑料焊接工艺方法主要有四种：

1、热板焊接——通过热板加热后进行的焊接，将产品熔化后再取出热板，产品加压实现焊接；

2、超声波焊接——利用高频振动波传递到需要焊接的物体表面，在加压的情况下，摩擦生热进行产品的焊接；

3、振动摩擦焊接——两个塑料部件在一定的压力、振幅和频率下，相互接触摩擦。因摩擦产生热量，使得材料在焊缝界面处熔化。在压力下，熔融塑料从焊缝区域流出形成溢料。在振动停止后，熔融塑料层固化，并产生一个坚固的接头；

4、激光焊接——激光束通过光纤传输，然后直接集中在工件上，焊接熔化工件。如果焊接材料为塑料渗透焊接，则需要上塑料渗透焊接、下塑料吸收光、下塑料吸收激光，产生热熔工件，在一定压力下冷却，使两层材料熔化在一起，完成焊接过程。

激光焊接主要应用在精密塑胶电子元器件、无菌医学、食品医药、汽车等高科技领域，因为塑胶激光焊接技术本身的优势和特点。激光焊接广泛应用于手机零件（机壳、耳机座、USB座）、鼠标、连接件、开关、传感器等领域。因为激光焊接可以产生密封性，真空无菌产品在医疗器械和无菌环保设备领域也有不错的表现。

焊接是汽车零部件与车身制造中的一个关键环节，起着承上启下的特殊作用。其中，汽车零部件中的塑料配件大多使用超声波焊接技术来完成。超声波焊接在焊接塑料配件上不仅快速精确、密封性好，同时美观清洁、表面成形好，清洁无污染且不会损伤工件。因此，超声波焊接工艺成为了汽车零部件企业在塑料配件焊接中的不二之选。

而哈工现代采用的HA006B机型，通过上焊件把超声波能量传送、聚集到焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。

其搭配免费使用的功能软件包与仿真软件，帮助客户更加快速实现自动化生产模式的转换。

塑料超声波焊接包括振幅、焊接时间、焊接压力等工艺参数，这些工艺参数以及参数之间的共同作用都对焊接质量有影响。

振幅的影响：振幅是塑料在超声波焊接工艺时首要选择的工艺参数，材料在特定的超声波频率下都有适宜的振幅范围。

适宜的振幅范围内，振幅增加有利于超声波能量的扩散，从而提高焊接接头强度。

40～53/μm振幅范围内发现PP焊接强度随振幅的增加而呈上升趋势；25～40μm振幅范围研究PP和玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，发现焊接强度随振幅增加而增加。

熔融层厚度随振幅增大而略微减小，导致焊接接头的剪切强度增加，弯曲强度降低。塑料焊接所需的振幅还受焊接形式种类和焊接设备频率的影响。嵌插和铆接所需振幅较大，而平面焊所需振幅较小。

焊接时间的影响

良好的焊接接头，必须选择适当的焊接时间，过长和过短的焊接时间都会造成焊接接头强度的下降。

焊接PP、高密度聚乙烯时，焊接接头强度随着焊接时间的增加而增加。当焊接时间超过一定值(约1.5s)后，焊接接头强度开始下降。ABS、PS在远程焊接中出现类似情况，转折点在2．4s附近。超声波焊接PVC板材、PP包装袋的正交试验中发现焊接时间同样出现转折点，分别为0．29s和5s。

焊接时间不受材料的厚度影响，薄膜的超声波焊接同样存在较优的焊接时间。

焊接压力的影响

其他因素确定的情况下，一定范围内的压力能取得较优焊接强度。

玻璃纤维增强的聚丙烯复合材料搭接，进行了试验，压力小于0．15MPa接头强度随压力增大而增加，超过0．15MPa后接头强度达到一个比较稳定的状态，约为35MPa；当焊接压力超过0．4MPa，聚丙烯会从基体中严重挤出，焊接接头强度降低。

焊接压力对焊接熔融区的厚度和取向程度有较大影响，焊接压力增加，熔融层厚度减小，焊接接头的取向程度增加，宏观表现为焊接压力增加，接头沿取向方向的剪切强度增加，垂直于取向方向的弯曲强度降低。

焊头下降速度的影响：一定的条件下，焊头下降速度越快，达到的焊接接头强度越高。在超声波焊接过程中，高的下降速度能够得到高的接触压力，有利于焊接界面紧密地接触和分子充分地扩散。

使用25、50、100mm/s三种焊头下降速度来焊接HS1000，下降速度增加到100mm/s的平均焊接接头强度更高，达到28.38MPa。

保压时间和保压压力的影响：超声波停止后，为了使焊接试样相互紧贴固化，从而使两工件能够很好地焊接在一起，需要在一定时间内保持一定的压力，所需的时间和压力就是保压时间和保压压力。

保压时间和保压压力对焊接接头强度的影响是正面的，但相对于其他工艺参数，保压时问和保压压力对焊接接头强度的影响很小。

超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。

超声波塑料焊接机的工作原理

当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。

塑料连接大体有两种方法：粘接和焊接。一般来讲，粘接工艺生产效率低、不美观，且胶粘剂都有一定的毒性；而焊接工艺相对来说生产效率高、焊件美观、焊接强度高，所以，塑料焊接工艺得到了越来越广泛的应用。 首先，要选取正确的可焊接的材料。在实际生产过程中，只有分子结构相同或相近的热塑性塑料才能进行焊接。在焊接面上是分子间的化学结合，所以母体材料越相近，焊接效果越好。同时，塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接质量有很大的关系，它们改变了材料的物理特性。填充物含量超过 30% 时，由于表面塑料比例不足，分子间融合的不够，会降低焊接密封性。 其次还要根据材料种类和制品形状、成本的的高低采取适当的焊接方法。按所采用的加热软化方式的不同，塑料焊接可分为通过外加热源、机械运动及电磁作用软化等几种。 一、通过外加热源软化的焊接技术： 1、热板焊接 热板焊接是用平面电热板将需焊接的两平面熔融软化后迅速移去电热板、合并两平面并加力至冷却的一种焊接方式，适用于超声波难熔的非回转工件或大型塑料工件的熔接，这种方法焊接强度高，焊接部件的形状设计相对来说比较容易，例如汽车水箱、汽车工具箱、汽车组合灯、洗衣机平衡环等产品。 2、热风焊接 当热风气流直接吹向接缝区时，与母材同材质的填充焊丝和接缝区被熔化，填充材料与被焊塑料熔化在一起而形成焊缝。这种焊接方法的优点是焊接设备轻巧易携带，但对操作者的焊接技能要求比较高。 3、热棒和脉冲焊接 这两项技术主要用在厚度较小的塑料薄膜的焊接。并且这两种方法相似，都是将两片薄膜紧压在一起，利用热棒或镍铬丝产生的瞬间热量完成焊接。 二、通过机械运动软化完成焊接的方法： 机械运动焊接方式是一种全自动焊接过程，利用压力下两工件在摩擦过程中产生的热量来熔化接触面的塑料，对正固定直到凝结牢固，需要专用焊接设备。一旦确定了正确的焊接参数，操作工即可稳定生产。其优点是：快速、灵活、焊接过程稳定且不需焊剂或保护气体，也不产生有害气体或熔渣，产品焊接质量有保证。按运动轨道可分为直线型和旋转型：直线型可用于直线焊缝和平面焊缝的焊接，旋转型可用于圆形焊缝的焊接。 1、超声波焊接 超声波焊接是由信号发生器产生高频正弦波信号，通过换能器转换成高频机械振动能，再经由变幅杆及焊头将放大后的振动耦合到被焊接塑料件上，高压下的高频摩擦使塑料接触面瞬间产生高温熔化，超声波停止之后，经短暂保压冷却后的两个塑料件便焊接为一体，焊接过程一般不超过一秒钟，焊接强 度可与本体媲美，广泛应用于电子电器、汽车配件、包装、塑料玩具、文具用品、日用品、工艺品等各个行业。焊接塑料制品时，既不要添加任何粘接剂、填料或熔剂，也不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、焊件美观、生产效率高等优点。另外，超声波焊接工艺还可实现塑料与金属件的铆接。因此，超声波焊接技术得到越来越广泛的应用。 2、旋转摩擦焊接 通过工件相对高速旋转摩擦将机械能转换成热能，使被焊接工件的接触面摩擦升温，熔化后加压，从而焊接在一起。相比超声波焊接，该工艺不受工件尺寸和材料的限制，并且焊接强度同比其他塑料焊接工艺更高，几乎接近塑料本体强度。适用于滤芯、塑料杯、浮球、玩具球、莲蓬头等回转体工件的焊接。 三、通过电磁作用软化表面的焊接方法： 1、高频焊接 高频焊接是利用电磁感应原理高频感应加热技术，穿透塑料制品对埋藏于塑料件内部的感应体或磁性塑料产生感应加热，使得被焊塑料在快速交变电场中产生热量而使待焊接部位迅速软化熔融，继而填充接口间隙，并辅以完善的机械装置达到完美焊接。适用于文具夹、可充气物品、防水衣和血袋等产品的焊接。 2、红外线焊接 这项技术类似于电热板焊接，将需要焊接的两部分固定在贴近电热板的地方但不与电热板接触。在热辐射的作用下，连接部分被熔融，然后移去热源，将两部分对接，压在一起完成焊接。这种方式不产生焊渣、无污染，焊接强度大，主要用于 PVDF、PP 等精度要求很高的管路系统的焊接。 3、激光焊接 原理是将激光器产生的光束通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统，聚焦于待焊接区域，形成热作用区，在热作用区中的塑料被软化熔融，在随后的凝固过程中，已熔化的材料形成接头，待焊接的部件即被连接起来，通常用于PMMA、PC、ABS、LDPE、HDPE、PVC、PA6、 PA66、PS等透光性好的材料焊接，在热作用区添加碳黑等吸收剂增强吸热效果。塑料激光焊接的优点较多：焊接速度快、精度高；自动化、精密数控容易实现。因此，塑料激光焊接技术在汽车、医疗器械、包装等领域得到了比较广泛的应用。 苏州特威德 专业生产超声波焊接机，超声波塑料焊接机，超声波点焊机，超声波模具，热板机，热熔机，旋熔机，定位旋熔机，伺服热板机，油压式热板机以及根据客户定制各种超声波产品，价格合理，服务周到。

一：超声波塑料焊接机的工作原理

超声波焊接原理是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40千赫兹电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/调幅器/焊头三联组，模具和机架。

二：旋转摩擦式塑料焊接机的工作原理

旋转摩擦式塑料焊接机一般用来焊接两个圆形热塑性塑料工件。焊接时，一个工件被固定在底模上，另一个工件在被固定的工件表面进行自转运动。由于有一定的压力作用在两个工件上，工件间摩擦产生的热量可以使两个工件的接触面熔化并形成一个禁固且密闭的结合。其中定位旋熔是在设定时间旋转，瞬间停在设定的位置上，成为永久性的熔合

三：热板焊接机的工作原理

热板焊接机主要通过一个由温度控制的加热板来焊接塑料件。焊接时，加热板置于两个塑料件之间，当工件紧贴住加热板时，塑料开始熔化。在一段预先设置好的加热时间过去之后，工件表面的塑料将达到一定的熔化程度，此时工件向两边分开，加热板移开，随后两片工件并合在一起，当达到一定的焊接时间和焊接深度之后，整个焊接过程完成。

四、激光塑料焊接机的工作原理

激光焊接机的工作原理是使光/激光射线穿过一个塑料件照射在另一个塑料件表面（即焊接面）；焊接面在充分吸收光束能量后，受热并熔化；此时通过对两个塑料件施加一个可以调节的夹紧力，使其紧密地结合在一起。和其他的现有塑料焊接工艺相比，激光焊接工艺的优势在于光/激光射线可以同时加热并焊接整个焊接面，焊接效果更显着。四、线性振动摩擦焊接机的工作原理线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。

五、轨道式振动摩擦焊接机的工作原理

轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在10英寸以内的工件可以用应用轨道式振动摩擦进行焊接。

超声波塑料焊接的工作原理是：机器将电能通过超声换能器转变成为超声能（即频率超出人耳听觉阈的高频机械振动能），该能量通过焊头传导到塑料工件上，以每秒上万次的超声频率及一定的振幅使塑料工件的接合面剧烈磨擦后熔化。振动停止后维持在工件上的短暂压力使两焊件以分子链接方式凝固为一体。一般焊接时间小于1秒钟，所得到的焊接强度可与本体相媲美。NC系列超声波塑料焊接机可用于热塑性塑料的对焊，亦可根据客户需求更换焊头，用于铆焊、点焊、嵌入、切除等加工工艺。

振动焊接是摩擦焊接过程，其间被焊接的制件在压力下磨擦到一起直到生成的磨擦和剪切热量使头蚧面达到充分熔融状态。一旦熔融膜已经形成渗入到足够深的沓接区域，相对运动停止，在压力作用下焊缝冷却并固化。振动焊接适用几乎所有的热塑笥塑料，往复运动方向上具有允许的无约束运动焊缝的制件，中型或大型制件。振动焊接尤其适合热塑性材料，包括无定形树脂如ABS/PC、PVC、PMMA及PES；半结晶树脂如HDPE、PA、PP、TPO。

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