超声波焊接操作规范

©onum"广东新宝电器股份有限企业

作业指导书

文献名称:超声波焊接工艺原则

文献编号:71-02-WI-003

生效日期:2011年06月15日

版本号:A

合用范围:所有超声波熔接作业

受控正本受控副本

彭志云

保密等级：内部

文献制定/修改状况记录

编写/

版次修改内容审核同意修改日期

修改人

A首版彭志云2011-06-15

1目的：

建立超声波焊接工艺原则，为各分企业超声波焊接作业及超声波焊接工艺调整、超声波焊接关键工序的管理提供

理论指导，从而规范各分企业超声波焊接作业，保证超声波焊接产品品质，提高生产效率。

2合用范围：

合用于各分企业所有超声波焊接作业。

3人员规定：

3.1超声波焊接岗位作业人员上岗条件必须满足：

初中以上学历，入职1个月以上口勺员工。

工作态度积极，有上进心并有较强H勺学习能力，有长期为企业服务的意愿。

3.2员工必须通过理论知识和实际操作培训并经考核合格，获得该关键岗位上岗资格证后方可正式上岗。

3.2.1超声波焊接工序作业人员上岗前要进行理论知识口勺培训，培训重要内容包括：一线超声波焊接员工对焊接原

理，焊接过程，焊接措施，焊接质量时评估等；并现场指导员工操作，教会员工详细的操作环节；对作业产

生的不良品的辨别及处理措施等；最终是对员工进行本工序其他规定培训：厂牌要与上岗证配套使用，关键

工位标识牌的对的配戴，作业指导书的识别，关键工序町的张贴等，并安排对所培训的内容进行详细的实际

操作

上岗证

3.2.2IE部对通过关键工序上岗资格培训的人员，根据人员实际所具有的有关条件及培训成果如实填写《关键工序

上岗资格评估表》并建立档案，作为关键工序上岗的考核根据。

4设备认识：

4.1什么是超声波焊接

超声波焊接是一种快捷，洁净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及某些合成构件的措施。目

前被运用的塑胶制品与之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其他非塑胶材料之间口勺粘结！它取代了溶剂

粘胶机械结实及其他的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波焊接不仅有连接装配功能并且具有防潮、防水

的密封效果

4.2超声波焊接的长处

.节能环境保护

.无需装备致烟散热的通风装置

.成本低,效率高

4.2.4.轻易实现自动化生产

.焊接强度高，粘接牢固

.焊点美观，可实现无缝焊接，防潮防水，气密性好

超声波焊接机重要由如下几种分构成：发生器、气动分、程序控制分、换能器分。

发生器重要作用是将工频50Hz的电源运用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。

压力表

压力司整

延迟时间铜安一同化8t同翎箜

4劫

熔接时冏例史—手功•卜*收处&

速算开关

上升速度5整，

计数及

下降速逼51t

N

I

C

L

做著把苧E

决星盘

水平埸绿

■文楮杆

及我指示灯

±<

电绿找示灯

电处开关

机及内部拿件田

一♦&橄惨女

一**检河

M低开关

续格下降燥接下降

6止上升

5超声波焊接的工作原理:

超声波焊接装置是通过一种电晶体功能设备将目前50/60HZ的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应

给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负货传播转变后的机械能至超声波焊接机口勺焊头。

焊头是将机械振动能直接传播至需压合产品的一种声学装置！!

振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质抵达其介面时停止，短

暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，整个周期一般是不到一秒种便完毕，不过其焊接强度却

靠近是一块连着的材料。

如下图所示，振动能量从焊头传递到工件，工件之间的摩擦产生的热量将工件熔接面熔化，从而焊接成一体。

焊头

HORNH

na

6超声波熔接技术的应用:

6.1钟接-Staking

原则钾接方式-StandardProfileStake

圆盖钾接方式-DomeStake

咬花成型钾接方式-KnurledStake

平头钟接方式-FlushStake

中空卸接方式TlollowStake

高压抑接方式-HighPressureStake

埋植-Insertion

成型-Swaging/Forming

J一

切除-Degating

7超声波熔接合用的材料

由超声波的工作原理我们可以懂得，超声波的实际功率并不大，工作时间短，因此产生的热量有限，因此一般只

合用于某些熔点较低（400℃如下）日勺材料。重要以热塑性的聚合物即塑料为主。我们重要理解一下多种塑料日勺熔接特

性。一般来说，聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多。材料的硬度对其与否能有效传播超音速振动是很

有影响的。总的说来，愈硬的J材料其传导力愈强。

7.1塑料熔接特性

材料塑料熔接特性

ABS丙烯晴丁二烯质轻，兼具韧性，刚性与耐化学品性，用途广泛，热性佳，尤其适合超声波溶接无论近距离或远距离熔接，均

苯乙烯共聚物可得到良好效果。

Acrylics硬度大、耐冲击、不受酸之作用，有高度光学明晰性，著色性良好，常用于汽车尾灯、仪表板、奖章、水龙头

压克力把手等。用于超声波熔接时，须注意衰明度问题，就易熔接。

Acetal抗张及耐压强度高，耐磨性佳，最具强韧及弹性，常用作拉练、螺丝、轴承、滚筒、厨房用品等，因磨擦系数

缩醛低，用超声波熔接时需高振动幅度及较长的熔接时间。

Celluloeics抗张及耐压强度高，耐磨性佳，最具强韧及弹性，常用作拉练、螺丝、轴承、滚筒、厨房用品等，因磨擦系数

酯酸纤维性物质低，用超声波熔接时需高振动幅度及较长的熔接时间。

Noryl

超声波振动时材质易变化变色，接触面不易吸取能量，熔接较困难。

聚苯健

Nylon

性极韧、电性佳、绝缘度高，常用为电子零件等。因熔点高，所需熔接时间长，振幅高。难于焊接.

尼龙

PC.材质强韧，耐磨损，摩擦系数极低，耐酸，常用作轴承、齿轮、管子、厨房用品、毛刷等。用超声波熔接时，

聚碳酸脂因熔点高，所需熔接时间长，熔接前先经烘乾会较易熔接。

HiglDensityPE

高密度聚乙烯比重小，在低温及室温下富柔曲性，防水、防蚀、可制成多种颜色。价格低的产品，常用于皿盘、封装薄膜、

LowDensityPE软水管、奶瓶、软绳等。密度越高越适合于超声波熔接。

低密度聚乙烯

GeneralpurposePS

一般聚苯乙烯

PS

聚苯乙烯____________比重轻，对水及化学物之抗蚀性强，安定、绝缘性佳，尤其适合于射出及押出成形。常用于玩具、装饰品、孟

Impact20-30%glass洗设备、盘子、透镜、浮动轮等的制造。由于弹性系数高，无论是近正离或远距离的超声波熔接均极适合。

FilledPS

耐冲击玻纤强化聚苯

乙烯

比重轻，有良好绝缘性，强度高，能耐热及化学剂的侵蚀，抽丝后可制绳纲等织品。制品有玩具、行李箱、音

UnmodifiedPP

响外壳、电气绝缘物、食品包装等。本材质因弹性系数低，易衰减声波振动，帮远距离熔接需注意其效果，较难

聚丙烯

于焊接。

PVC电性佳，耐弱化学品，低温性佳，具难燃性，常用于多种合成皮软管、胶膜等，材质柔软，易衰减音波振动，

聚氯乙烯熔接面易劣化。

Polyster

熔接能量大

聚酸脂

Polysulfone质硬、强度大、具韧性、长期受热不影响其电性能，常用为电视机零件护盖、马达零件等。因熔接点高，需较

聚碉高之能量熔接。

Polyphenylene

Qxide(ppo)耐热与耐湿性，耐化学品，天性蒸汽，常用作端子、转子、外壳、叶轮和管件等，熔点高，需较高之能量熔接。

聚氧化二甲苯

Phenoxy

性韧、富延展性、热安定性，熔点高，需较高之能量熔接。

苯氧树脂

SAN

拉伸强度及压缩强度高，常用为盘管薄壁零件、打字机带卷轴，超声波熔接效果好。

聚乙烯丙烯晴

ABS/亚苯

热塑性塑料A聚丙T纤维氟尼聚热

聚碳丙烯基•氧聚酰

素

酸酯酸系化物胺-酰

超声波焊接的B甲烯(CA,聚龙碳塑

合金多元为主亚胺

相容性示例图表S（赛醛府共聚烯•苯CAB,合日勺树（托酸性

柯乐物乙CAP)物脂（诺郎）酯聚

800)烯里尔）酯

ABS■■■O

ABS/聚碳酸酯

合金（赛柯乐

800）■■O■

聚甲醒■

丙烯脯■O■OOO

丙烯酸系多元

共聚物OO■

丁二烯-苯乙烯■

纤维素

(CA,CAB,CAP)■

氟聚合物■

尼龙■

亚苯基-氧化物

为主的树脂

（诺里尔）O■O

聚酰胺-酰亚胺

（托郎）■

聚碳酸酯■0O■

热塑性聚酯■

聚乙焰

聚甲基戊烯

聚苯硫

聚丙烯

聚苯乙烯O0■

聚碉O

聚敏乙烯O

SAN-NAS-ASAO0O0

黑方块的体现两种塑料的相容性好，轻易进行超声波焊接；圆圈体现在某些状况下相容，焊接性能尚可;

空格体现两种塑料相容性很差，不易焊接。

表中所列仅供参照，由于熟知的变化可导致成果略有差异.

7.2.超声波焊接面设计

HORNHOANHOWNMORNHORN

▼

□□1111

愈用甘生接跟B凸楷41之统计*惮出航母计

HOANWOONHOftN

**形水、丸•之效计

HORN

熔林前去璟波布绿排彼善璟保把排彼出墓保

再饶片排・位了或德住了被瑞

8.1气压我们可以通过调压阀来调整，一般来说气压越大，能量越大

8.2下降速度超声波熔接机上有对应的旋钮，一般来说，下降速度越大能量越大

8.3频率超声波熔接机器均有固定的频率，频率越大，能量越大

8.4振幅振幅的变化原因比较多，就•般来说，振幅的调整可以通过调幅器和焊头的设计来抵达

8.5时间我们可以调整焊接机的焊接时间，时间越长，焊接的能量越大

8.6保压时间保压时间是在塑料熔化之后的保持气压的时间，时间越长，形成的焊点越稳定，变形越小

熔接能亭吧ding巴crgy

Energy=PowerXTime

能量=功率X畤^

FactorsofPower

功率的要素

ForceVelocity

施力一速率

ForcecanbevariedFactorsofvelocity

bychangingare

改建顺执涵素是…速率的要素是…

PressureDownspeedFrequencyXAmplitude

下降速度IS率蝌

8.7影响超声波熔接能量的原因（频率）

换能器Converter

作用:将电能转换成机械能

构成:陶瓷晶片和传动头

原理:电流通过换能器，令换能器内产生电磁振荡，再通过压电陶瓷片，令压电陶瓷片产生振动，振动通过金属头，传

到调幅器

表面振幅：20KHz=0.02mm

30KHz=0.015mm

40KHz=0.01mm

9超声波熠接机参数调校_________________________________

调幅器选择焊头调谐

焊头一工件——底模之间的校准

调整：行程速度

下降时间机械式止动器

调整：焊接压力

焊接时间保压时间

被焊工件

负载监控表

过载时候工件日勺检查或试验

压力较高

欠佳良好

减低下降速度

减少动力触发值

用较低比例H勺调幅器

焊接不充足

增长焊接时间和压力

采用更高比例的调幅器参数记录

使用功率更大的焊机

焊接过度

►减少焊接时间或减少压力-----------

采用较低比例的调幅器

9.1调幅器的选择

焊接面积——面积越大,需要振幅越高。

工件材料——PP/PE/尼龙等较难焊口勺晶型树脂，需要的振幅较高。

工件构造——工件有细长的柱子或薄片等轻易振裂的，应采用较弱H勺振幅。

能源供应部份必须调谐得与换能器、调幅器、焊头的每种组合相配合

正常状况；测试时，负载表的读数应少于204

异常状况：负载不不大于20%

应检查：A焊头与否锁紧？

B连接螺杆与否完好？

C连接面与否清洁？

D焊头与否有裂痕（用油涂于表面，测试音波时，可见到裂痕位置）

9.2对位与行程

对位

.1焊头、工件与底模之间的对位。

.2工件放于底模，将气压放掉，焊头用力往下拉，对准接触面。

.3然后将底模在底板上固定好。

行程

.1以以便取放工件为宜

.2牢记不能将焊头直接接触底模或底板的金属等硬质材料，很也许会导致换能器的破坏。

9.3压力

9.3.1压力过低,会延长焊接时间,使工件表面产生疤痕或质量不佳。

9.3.2压力过高,会使工件破裂，使界面结合欠佳,甚至过载,而终止超声。

9.4焊接时间与保压时间

9.4.1过长的焊接时间,会产生飞边或质量下降,尤其是严格密封的场所下,更要注意，

9.4.2过长的焊接时间，会使工件偏离焊接区、表面熔化或破裂，尤其是有孔部位、模合线上或头角处。

9.4.3一般0.3S~0.5S,在有弹力装置、材料熔点高或材料有弹性时，要加大保压时间。如：PP/PE等。

9.5动力触发器

用来控制超声波发出的时间

旋钮刻度为023,刻度越大,压力越大，范围671r734N

除非要克服变形或需要压缩（弹簧、膜片、密封件）的元件，

使用较高的触发压力外，一般都使用较低"勺触发压力1~5

9.6一般开始参数

设置时，一般由小到大的原则

每次调整一种参数

压力表:20Mpa触发压力：05kg/cm2

焊接时间：0.5S下降速度：1S~5s

保压时间：IS

9.7组件功用阐明

延迟时间设定：调整开始发振时间，在限制开关动作后（T9.99秒开始发振。

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。

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。

计数器：工作循环次数记录取，附有归零压扣。

调整及压力表：工作压力之指示及调整压力用。

声波调整：调整振动子系与发振回路之共振匹配，使转换效率抵达理想。

振幅表：显示声波空载或负载工作之振幅强弱。

电源开关及灯：电源开关之控制，及指示开路之信号。

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。

声波出力调整纽：声波出力段数之设定用，广2段为一般使用，3飞段为强力输出用。

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。

频率指示：调试机器时做机器频率显示。

焊头：传动振动能量于工作物之上，使之熔接。

上升/下降缓冲调整：调整孔位于机台侧面可合适调整，使升降惯性适中。

下降速度调整：调整合理合适之下降工作速度用。

熔接位置视窗：检视正常熔接时焊头压附工作物之状况。

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。

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。

输出电缆及插座：联接机体振动子系统与发振箱线路用。

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。

接地螺母：电子回路之接地线连接用，漏电时之安全保障。

保险丝座：电子线路之过载保护。

9.8机器安装法

将发振箱放置于机体附近操作员易于观测及调整之处。

接地：将地线一端接地，另一端接于发振箱背面之接地旋钮。

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。

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。

接电源：发振箱背面之电源线及插头，请接上AC220V,§60/50HZ电源。

9.9各调整及熔接前准备工作

装焊头

.1先将换能器(CONE)及焊头(HORN)以及焊头螺丝，以酒精或汽油擦洗洁净，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)，此时尤其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)。

10注鳖成型缺陷之熔接痕原则化处理方案

10.1熔体汇合时形成的接缝分熔合线(meldline)和熔接痕(weldline),熔合线H勺性能明显优于熔接痕。一般而言，汇合

角不不大于135度时形成熔合线，不不不大于135度时形成熔接痕，如下图所示。熔合线的性能明显优于熔接痕，汇

合角对熔接缝的性能有重要影响，由于它影响了熔接后分子链熔合、缠结、扩散的充足程度，汇合角越大，熔接缝性

能越好。

图L熔接痕和熔合纹的定义

10.2熔接痕H勺体现形式

熔接痕是注塑件口勺微弱环节，不仅影响制品的外观，并且易于产生应力集中，影响制品的总体强度

图2：熔接痕的实物外现

10.3熔接痕的评价规格

熔接痕一般是两股熔体汇合时形成的表面刻痕，可以通过表面粗糙度计（如图3）来测量，其评价规格可由熔接痕区I

深度（如图4）来衡量（如图5熔接痕质量的评价规格）.

衣面虚测量计

图3：测量熔接线的表面粗糙度计

1234

WeldLine深度(jtzm)

图4：测量获得的熔接线深度图5：熔接痕质量的评价规格

10.4熔接痕产生的原因及改善的时策

熔接痕的质量与人机料法环等原因均有直接或间接关系，关键是要把握影响的重要原因，并确定对的的改善措施。熔

接痕改良措施见下表:

熔接痕产生埃因改善对策

改善模具浇注系统的滞流现冢，扩大浇口、流道和注

流动性不隹射口，改善物料的流动性。

塑

添加补强科太多玻纤含量越高，熔接痕强度越低。玻纤长径比噌加

时，熔接痕强度降低.

料

壁厚太薄或壁厚差异太大优化制品壁厚

制

波前汇合角太小.当波前汇合角小于135耶t，形成熔接战，大于135附，

形成熔台妓.熔接战较之熔合战，两边分子相互扩散

品

得少，品质较差.当遇合角在120倒1150。之间时，熔接

妓表面痕