超声波焊接技术讲座经典

1、超声波焊接技术讲座经典主要講座内容一)超声波焊接超声波基本原理应用范围聚合体材料焊接工件导向設計/塑膠件設計模具技术什么是超声波？q超声波是一种超出人听觉范围的振动机械能。超声波是一种超出人听觉范围的振动机械能。q一般人的听觉范围不会超过一般人的听觉范围不会超过18.5KHz18.5KHz。q焊机的工作频率为焊机的工作频率为20KHz,30KHz20KHz,30KHz和和40KHz40KHz。超超 声声 焊焊 接接 超声振动 表面和分子间摩擦 受热-熔化-焊接 系 统 组 件s 发生器发生器s 控制器控制器s 支架支架s 换能器换能器s 调幅器调幅器s 焊头焊头s 夹具夹具压强压强下降速率下降

2、速率力X频率频率X振幅振幅速率因素速率功率因素功率因素 能量能量 = 功率功率 X 时间时间力可以改变超声波焊接机汽車家电医疗包裝玩具纺织超声波六个主要应用技术 熔接 铆焊 嵌插焊 点焊 成形焊 去浇口超超 声声 熔熔 接接 超声振动 表面和分子间摩擦 受热-熔化-焊接 铆焊铆焊标 准 轮 廓 焊头焊头 焊焊 前前 焊焊 后后D = 柱头直径柱头直径铆焊铆焊丘 形 柱 铆焊铆焊 焊 前 焊 后D = 圆柱直径锯齿铆焊 铆焊铆焊 焊 前 焊 后平齐铆焊 铆焊铆焊 焊 前 焊 后铆焊铆焊铆焊铆焊嵌焊嵌焊对于垂直孔洞的直纹和导入对于垂直孔洞的直纹和导入点焊点焊 焊 前 焊 后焊 头成形焊成形焊去 浇

3、 口往复折弯运动机械振动标准波形去浇口去浇口正确的浇口设计不正确的浇口设计 浇 口 设 计去浇口去浇口浇口区域相接触的熔化区光滑的浇口区去浇口去浇口高 聚 物之之焊 接 特 性高聚物分类 热固型塑料热固型塑料 热塑性塑料热塑性塑料物 理 结 构o 半结晶型o 无定型结结 构构无无 定定 形形半结晶型半结晶型温度比热图比热温度半结晶型无定形Tg Tm近区和远区焊接 近区近区第一选择第一选择远区远区第二选择第二选择HornHorn近 区 远 区ABS 丙烯靓-丁二烯-苯乙烯共聚物12111ABS/PC alloy ABC/聚碳酸酯共混料( 赛柯乐800)22222Acrylic a( PMMA)

4、有机玻璃23422Acrylic multipolymer 丙烯酸系多元共聚物24222Butadiene-styrene 丁二烯-苯乙烯24222Polyamide-imide 聚酰胺-酰亚胺24555Phenylene-oxide based resins 亚苯基-氧化物为主的树脂22212Polyarylate 聚芳酯24555Polycarbonate b 聚碳酸酯22322Polystyrene( general purpose) 聚苯乙烯11424Polystyrene( rubber modified ) 聚苯乙烯橡胶改性的23111Polysulfone b 聚砜24324PV

5、C( rigid) 聚氯乙烯 硬质45213SAN 聚苯乙烯-丙烯腈11423材材 料料无无 定定 形形 树树 脂脂熔焊熔焊成型焊成型焊和铆焊和铆焊嵌嵌 焊焊 点点 焊焊近 区 远 区Acetal 聚甲醛24324Fluoropolymers 氟聚合物55555Nylon 尼龙24324Polyester, thermoplastics 聚酯（热塑性的）PET/PBT35555Polyethylene 聚乙烯55322Polymethyl pentene聚甲基戊烯（TPX）44312Polyphenylene sulfide 聚苯硫34524Polypropylene聚丙乙烯45121材材 料

6、料半半 结结 晶晶 型型 树树 脂脂熔焊熔焊成型焊成型焊和铆焊和铆焊嵌嵌 焊焊 点点 焊焊ABSABS/聚碳酸酯共混料聚甲醛丙烯腈（PMMA）丙烯酸系多元共聚物丁二烯-苯乙烯Fluoropolymers 氟聚合物Nylon 尼龙亚苯基-氧化物为主的树脂 聚酰胺-酰亚胺(托朗)聚碳酸酯(PC)热塑性聚酯聚乙烯(PE)聚甲基戊烯聚苯硫聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS)聚砜聚氯乙烯(PVC)SAN-NAS-ASAABSABS/聚碳酸酯共混料聚甲醛丙烯腈（PMMA）丙烯酸系多元共聚物丁二烯-苯乙烯Fluoropolymers 氟聚合物Nylon 尼龙亚苯基-氧化物为主的树脂 聚酰胺-酰亚胺(托朗)聚碳酸酯

7、(PC)热塑性聚酯聚乙烯(PE)聚甲基戊烯聚苯硫聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS)聚砜聚氯乙烯(PVC)SAN-NAS-ASA表示相熔表示在某些情况下相熔热塑性塑料超声波焊接的相熔性Amplitute Reference Guide无定形樹脂 Microns 0.00X”半结晶形樹脂其它因素对焊接影响 脫模劑/潤滑劑 填料 二次料 阻燃劑 颜料脱 模 剂o 内润滑剂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 硅酮硅酮 / 聚四氟乙烯聚四氟乙烯脂肪酸脂肪酸填 料 q 类型q 玻璃纤维q 滑石q 碳酸钙q 百分比二或多次反覆料二或多次反覆

8、料颜 料 工艺参数需作调整。导向和塑膠件設計 基本导向 阶梯 槽型 纹理表面 剪切 膠件設計能 量 导向温度温度时间时间能量导向之优点q 增加接口强度q 减少飞溅q 减少焊接时间q 所需振幅较低 基本能量导向 W4W8W64焊 前焊 后阶 梯 导向W 8W 8W 3(min. 0.23” 0.6mm)W(min. 0.080” 2mm) 焊 前 焊 后滑配合+ 0.010” - 0.025” (0.25-0.64mm)槽型导向 (Min. 0.125” 3.2mm)WW3W3W8W8间间 隙隙 配配 合合W4能量导向和纹理表面纹纹 理理 的的 优优 点点3 增强接头强度增强接头强度3 减小飞溅

9、减小飞溅3 减少焊接时间减少焊接时间3 较低振幅较低振幅无纹理有纹理无纹理 (50ms) 有纹理 (50ms)无纹理 (100ms)有纹理 (100ms)无纹理 (150ms)有纹理 (150ms)无纹理 (200ms)有纹理 (200ms)能量导向能量导向连续十字交叉能量导向连续十字交叉能量导向能量导向中断的十字交叉能量导向能量导向能量导向带纹理的刀刃带纹理的刀刃 焊 前 焊 后能量导向和内壁垂直能量导向中断 剪 切 导向 焊焊 前前 焊焊 后后焊接深度焊接深度干涉干涉(0.2mm)夹夹 具具最小导入最小导入0.020” (0.5 mm)剪切接口：焊接深度剪切接口：焊接深度o 推荐 o 最小

10、 o 最大 (W = 壁厚)剪切接口优点: 机型强度高，密封性好: 适用于所有热塑性塑料: 防止半结晶型树脂的早期固化剪切接口的局限6 需要紧密公差6 需要刚性侧壁支撑6 零件尺寸6 不规则外形其它设计考虑因素尖角尖角孔洞和弯曲孔洞和弯曲附加物附加物振动膜振动膜焊头接触焊头接触尖 角 避免避免 推荐推荐孔洞和弯曲潜在的焊接盲区潜在的焊接盲区半结晶型树脂半结晶型树脂无定型树脂无定型树脂空洞空洞焊焊 头头附 加 物潜在的裂纹点附加物焊焊 头头振 动 膜4 焊接时间改小4 振幅加大或减小4 Amplitude ProfilingTM4 焊头中心柱塞4 内壁加厚4 内部支撑筋焊 头 接 触正 确不 正

11、 确耦合面太小焊焊 头头 接接 触触增加法兰以便焊头直接位于焊接区域上模具技术 換能器 調幅器 焊头 底座压 电 陶 瓷通电前通电后HH标标 准准 振振 幅幅可能损坏的原因 横向振动横向振动 过过 热热 撞撞 击击焊头频率相差大焊头频率相差大不適當調幅器不適當調幅器什么是调幅器？ 调幅器是铝合金或钛合金材料制成的一个半波长共振部分。它安置于换能器和焊头之间，调节传递至焊头的振动幅度。1:11:1调幅器的增益压强下降速率力X频率X振幅速率因素速率功率因素功率因素 能量能量 = 功率功率 X 时间时间力可以改变负载黑色银色无调幅器金色压 力输出振幅与输入振幅之比。输出振幅与输入振幅之比。终值 =

12、增益量振幅增增 益益:换能器20微米黑色调幅器焊头微米换能器20微米绿色调幅器焊头微米如何选择调幅器如何选择调幅器可咨询本公司应用部超声焊头有其相应的调幅器增益极限工件塑膠特性,面積大少,形狀-振幅应用之種類-铆焊,点焊,嵌插焊等焊 头定义材料表面处理焊头设计 长度通常为波长的一半，能产生共鸣的金属部分可以将振动能量传递给塑件。焊焊 头头材 料o 钛合金o 铝合金o 冷凝钢焊 头 设 计频率振幅振幅与应力沟槽设计全波焊头复合（子母）焊头可更换焊嘴有限元分析特殊焊头故障检修频率 有20Kz,30Kz和40Kz 模具频率在上/下50Hz范围以內 品質好的焊头 産生最大效率 不易發熱 不易损壞換能器

13、 生産出品質良好和稳定産品 客户安心使用什么是振幅什么是振幅振振 幅幅节节 点点输出振幅与输入振幅之比。输出振幅与输入振幅之比。终值 = 增益量振幅增增 益益:换能器20微米黑色调幅器焊头微米换能器20微米绿色调幅器焊头微米振 幅 与 应 力横横 向向 应应 力力5”3 1/2”全 波 焊 头复复 合合 （子（子 母）焊母）焊 头头 可更换焊嘴有 限 元 分 析故 障 检 修基本的故障信号q 高音噪声q 空载负载率高q 对塑件的负载率不够q 过载显示外外 观观 检检 验验检 察 其 它 区 域q 检察调幅器和换能器q 检察螺栓q 检察组合q 检察焊嘴模具設計结論 主要因素 膠件材料,大小,高低

14、相差和避位 調幅器 焊机功率 模具使用材料 频率 振幅 应力什么是振动摩擦焊接? 振动摩擦焊接是一种改进的摩擦焊振动摩擦焊接是一种改进的摩擦焊接技术，用于各种热塑性塑料件。接技术，用于各种热塑性塑料件。 摩擦热的产生是通过将两摩擦热的产生是通过将两个塑料件加紧，并往复振动其中的个塑料件加紧，并往复振动其中的一个塑件。一个塑件。运作原运作原理理+电磁线圈电磁线圈框架弹簧支撑台面上模下模驱动板弹簧频频 率率o 240 Hz (线性)o 100 Hz (轨迹)o 120 Hz (线性)优优 势势 复杂、不规则外形 大型塑件 高强度密封 多个塑件同时焊接 塑料种类广泛 汽 车汽车引擎室内部件汽车引擎室内部件汽车内装品汽车内装品/车体部分车体部分进气歧管燃料过滤器机油滤清器真空箱清洗液容器水箱动力转向油罐防尘盖仪表盘（组合）手套箱喇叭箱靠手台空气导管大灯组合尾灯车门内板保险杆及安装架TONER CRG. (LBP)TONER CRG. (LBP)优优 势势 复杂、不规则外形 大型塑件 高强度密封 多个塑件同时焊接 塑料种类广泛 热板焊接焊接周期长焊接周期长能量消耗大能量消耗大热板上有污物热板上有污物材料受热易变性，生产不稳定材料受热易变性，生产不稳定散发气味，污染环境散发气味，污染环境材料有局限（材料有局限（PA, PPPA, PP）溶剂/粘结剂连接周期长