超声波焊接线设计
熔接前熔接后凹凸槽型设计阶梯形设计
汽车后灯片
导熔点设计
阶梯形水气密设计
适用于反光
器导熔点
接面以角度
为导熔点设计
以便渐进熔接
A 导能点高度 R 熔接表面区域
p 塑胶厚度 E 熔接间隙以防外凸
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超声波焊接件的工艺设计 作者：欣宇机械来源：本站原创日期：2014-5-5 17:32:38 点击：6943 属于：行业新闻超声波焊接件的工艺设计-东莞市欣宇超声波机械有限公司 在超声波焊接行业中，很多客户都不知道塑料件焊接，焊接产品优良不只是跟材质，超声波选择机型功率有关系，最容易被忽略的一点是：超声波焊接件的工艺设计，塑料焊接件需要设计有超声线，焊接出来的产品才是比较完美的。那么，超声波焊接件的工艺设计是怎么样的呢？要怎么设计呢？很多客户初步使用超声波焊接，都会对个问题不了解，今天，欣宇小陈为大家讲解：超声波焊接件的工艺设计，希望对朋友有所帮助！ 超声波塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点： 1.是否需要水密、气密。 2.是否需要完美的外观。 3.是否适合焊头加工要求。 4.焊缝的大小（即要考虑所需强度）。 5.避免塑料熔化或合成物的溢出。 超声波焊接质量获得原因： 1.材质 2.上下表面的位置和松紧度 3.焊头与塑料件的妆触面 4.顺畅的焊接路径 5.塑料件的结构 6.焊接线的位置和设计 7.焊接面的大小 8.底模的支持 为了获得完美的、可重复的超声波熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向： 1.围绕着连接界面的焊接面必须是统一而且相联系互紧密接触的。如果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。 2.最初接触的两个表面必须小，以便将所需能量集中，并尽量减少所需要的总能量（即焊接时间）来完成熔接。 3.找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或齿口之类。 下面就对超声波塑料件设计中的要点进行分类举例说明： 超声波整体塑料件的结构 1.1塑料件的结构 塑料件必须有一定的刚性及足够的壁厚，太薄的壁厚有一定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，一般气压为 2-6kgf/cm2 。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。 1.2罐状或箱形塑料等，在其接触焊头的表面会引起共振而形成一些集中的能量聚集点，从而产生烧伤、穿孔的情况（如图1所示），在设计时可以罐状顶部做如下考虑
超声波焊接机的设计 [页数]:41 [字数]:18006 [目录] 第一章绪论 第二章超声波电源主电路的设计及分析 第三章超声波电源控制电路的设计及分析 第四章超声波电源保护电路的设计及系统仿真 第五章总结 附录1 逆变控制电路图 附录2 斩波控制电路图 [摘要] 本文以超声波焊接机为背景，详细介绍了为驱动压电换能器而设计的一种频率、功率可调式大功率超声波电源，该电源采用由IGBT构成的全桥式逆变主电路。控制电路以脉宽调制电路为核心，通过给定信号和反馈信号电压的比较，获得宽度可变的脉冲信号，调节电源的输出电压，并实现对电源的闭环控制。 在查阅和分析国内外有关参考文献、资料的基础上，针对超声波电源中存在的频率跟踪、功率控制等问题进行研究。在电源工作过程中，由于负载温度的变化等原因会产生谐振频率的漂移，为保证系统高效工作，设计出基于PI调节的自动频率跟踪方案，既保证在频率变化范围内实现频率自动跟踪，又保证跟踪的快速、准确。为适应负载变化的要求，直流变换采用斩波的方法，调节逆变器的输入电压来改变输出功率。这种方案可与不控整流相结合应用，降低系统对电网的污染，且提高输入功率因数。 同时，设计检测、驱动和保护等电路。利用硬件，实现过流、过压及超温保护。以及开关管的阻容吸收电路，保证系统稳定、可靠运行。 在理论分析和电路设计的基础上进行仿真，其结果表明，本设计能够较好地实现谐振频率的自动跟踪，显著提高换能器的转换效率，降低超声波电源的功率损耗。同时能实现输出功率连续调节和各种保护功能，工作安全可靠，性能良好，适应性强。 [正文] 第一章绪论 1.1 超声波焊接技术 1.1.1 超声波焊接的发展状况 超声波焊接是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用于塑胶制品之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结。 它取代了溶剂粘胶,机械固定及其它的粘接工艺,是一种先进的装配技术. 超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果.
超声波线设计 焊接热塑性制品的最普通的方法是超声焊接.这种方法是采用低振幅,高频率(超声)振动能量使表面和分子摩擦产生焊接相连垫塑性制件所需的热量.(正弦超声振动) 超声焊接在20-50kHz 的频率范围内发生,其一般振幅范围为15-60um.在低达15kHz(较高振幅)的声频有时用于较大制件或较软材料.焊接过程通常在0.5-1.5s 内发生.焊接工艺变量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力.超声焊接方法可根据焊接时间或焊缝位置(塌陷距离)或焊接能量控制.也对焊接压力和冷却时间提供附加控制. 超声焊接设备通常用来焊接中,小尺寸的热塑性塑料制品,而很大的制品可用多点焊接. 超声焊接设备一般不是在20kHz 就是在40kHz 频率下运行 .20kHz 装置更常用. 接头设计:第一类即最常用的接头类型,在被连接表面的垂直方向上利用超声振动.对接和Z 形接合归入这一类,适用于多数聚合物.第二类超声焊接接头包括与接头表面平行的振动,形成剪切状态.各种类型的剪切和嵌接归入第二类. 能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳,图1所示较大的能量控制嚣结可在一些不密闭的半结晶材料中应用.
＊剪切接头当焊接半结晶聚合物（或其它难以焊接的聚合物）和需要密封接头号时，一般推荐使用剪切接。需要高强度，高质量接碚的环形和矩形制件都用剪切接头。剪切接
图6 超声焊执着用典型的斜坡接合设计 （a）斜坡接合；改进的斜坡接合（附加公差） 1-溢料槽；2-夹具 斜坡接合具有30°-60°的角且应该在±1°内装配。为附加的熔区材料厚度增加的
＊溢流式铆焊溢流式铆焊用在要求表面为平的或隆起的及锁信制件的厚度被允许使 ●
现代技能开发 !""#?$月号 %&’ 焊接件材料的选择 焊接件的材料与结构设计有着密切的关系。焊接结构件因用途不同，要求不同。现在广泛使用的材料有铁碳合金，有色金属及其合金等。我们在设计焊接结构时，首先要根据焊接结构件的受力情况、工作条件、设计要求等，选择焊接结构件的材料。选择材料时，应考虑以下几点。 尽量选用同种材料 焊接结构件是多个零件或构件焊接在 一起而形成的。考虑到焊接过程的特点，各零件的材料应尽可能地选择一致。这样购料、焊接方法的选择、焊接工艺的制订、焊条的选用等比较简单容易。但有时为减少使用贵重金属材料（如：不锈钢），也可以使用不同材料。 尽量选用焊接性能好的材料 在选择焊接结构件材料时，应 考虑材料的强度及焊接结构件的工作条件要求（如耐腐蚀、抗冲击、交变载荷等）。当多种材料能同时满足使用要求时，这些材料当中，有的焊接性能较好，而有的焊接性能较差。有的适用这种焊接方法，有的适应另一种焊接方法。所以，选择材料时，应选择焊接方法普通、焊接性能好的材料。 尽量选用价格低的材料 在选择焊接结构件材料时，除满足 了各方面的要求以外，还应考虑经济性。焊接结构件应选用价格低、资源丰富的材料，这样才符合勤俭节约、降低成本、提高产品竞争力的基本原则。 焊接件的结构设计 焊接结构件随着焊接技术的发展，开始得到越来越广泛的应用。与其他制造金属结构的工艺，如锻造、铸造、铆接相比，焊接结构的占有率是在不断上升的。工业发达国家中一般焊接结构件占钢产量的()*以上。焊接结构件已经运用于工业、 交通、能源、农业、国防等几乎国民经济的一切部门，如用于建造冶金、建筑、石油化工设备、各种锻压机械、起重运输机械、工业与民用钢结构等。焊接结构的设计是焊接件的关键，结构设计是否合理，关系到焊接结构件的强度、寿命以及能否取得合格、优质的焊接结构的问题。焊接件结构设计关系到方方面面，下面仅从以下几个方面谈一下个人的体会。 尽量减少焊缝的数量 焊接结构件一般由多个零件组装焊 接而成。在焊接结构件设计时，要尽量减少零件数量，减少焊缝数量。只有这样才能减少焊接工作量，减少焊接件的变形，同时也减少了焊接应力，提高了焊接件的强度。图+（,）焊接件中有四条焊缝，若改为图+（-） 结构，则焊缝变为两条。焊缝尽可能布置在应力较小处 焊接结构件在承受载荷时， 其材料内部必然产生内应力。由于零件的形状不同、受力特点不同，所以零件的不同截面、不同部位可能产生的应力大小也不同。如果我们把焊缝布置在产生应力较小的地方，这样就减小了焊接缺陷、应力集中等对零件破坏的影响，提高了焊接结构件的强度和可靠性。如图!悬臂梁的截面设计，焊缝在上下两面就不如改在左右两侧面。 选择合适的接头形式 焊接结构件的焊接接头性能、质量好 坏直接与焊接结构件的性能、安全性和可靠性有关。多年来焊接工作者对焊接接头进行了广泛的试验研究，这对于提高焊接结构件的性能和可靠性，扩大焊接结构件的应用范围起了很大作用。熔焊的焊缝主要有对接焊缝和角焊缝，以这两种焊缝为主体构成的焊接接头有对接接头、角接接头、.形（十字）接头、搭接接头和塞焊接头等。焊接结构应该优先采用接头形式简单、应力集中小、不破坏结构连续性的焊接接头形式。对接接头应力集中最小、形式最简单、力的传递也较少转折，故是最合理的、典型的焊接接头形式。 尽量减小焊缝的截面尺寸 焊接变形与熔敷金属的数量有 很大关系，所以应尽量减小焊缝截面尺寸。在条件许可的情况下，用双/形坡口和双0形坡口来代替0形坡口， 熔敷金属减少，且焊缝在厚度方向对称，收缩一致，可减少焊接变形。角焊缝引起的焊接变形较大，所以要尽量减小角焊缝的焊脚尺寸。当钢板较厚时，开坡口的焊缝比角焊缝的熔敷金属量小，板厚不同时，坡口应开在薄板上。如图#所示，显然图#（1）比图#（,）、（-） 的焊缝尺寸焊接件结构设计的几点体会 !李银生 白建军!河南 训练技法 !""
超声波焊接的焊点，应有高的接合强度和合格的表面质量，除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外，还应注意与上声极接触处的焊点表面情况，不允许有裂纹和局部未熔合，因此，超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。 一、超声波焊接特点 1) 可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料（如金、银、铜、铝等）和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料（如导热、硬度、熔点等）、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。 2) 焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。 3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高，且稳定性好。 4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。 5) 形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。 6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。 二、超声波焊接的分类 超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生
相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件，主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊；近年来，双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。 （1）点焊点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动；千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统；而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机，它兼有上述两种振动系统的优点。 （2）环焊环焊方法如图5所示，主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时，耦合杆4带动上声极5作扭转振动，振幅相对于声极轴线呈对称分布，轴心区振幅为零，边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺，有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合，用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大，需要有较大的功率输入，因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。 （3）缝焊与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、弯曲振动以及扭转振动三种形式（图6）。其中最常见的是纵向振动形式，只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝，通常焊件被夹持在上下滚轮之间，在特殊情况下可采用平板式下声极。 （4）线焊它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝，声极长度就是焊缝的长度，现在可以达到150mm，这种方法最适用于金属薄箔的封口。 （5）双超声波振动系统的点焊：上下两个振动系统的频率分别为27kHz和20kHz（或15kHz），上下振动系统的振动方向相互垂直，焊接时二者作直交振动。当上下振动系统的电源各为3kW时，可焊铝件的厚度达10mm，焊点强度达到材料本身的强度。双超声波振动系统多用于集成电路和晶体管细导线的焊接，虽然焊接方法与点焊基本相同，但焊接设备复杂，要求设备的控制精度高，以便实现焊点的高质量和高可靠性焊接。
超声波焊接线的设计及超声波焊接机的调试(图) 1.强度无法达到欲求标准。当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！ 由以上论述即可归纳出三点结论：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 ２.制品表面产生伤痕或裂痕。在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。 因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN 上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振)）。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。 3.制品产生扭曲变形。发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m以内)且长度超出60m/m以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力
塑料超声波焊接工艺研究进展 高阳赵云峰 （航天材料及工艺研究所北京 100076） 文摘：从焊接设备、焊接材料、工艺参数等方面综述了塑料超声波焊接质量的进展。选择高频焊接设备、使用低熔点、高表面摩擦系数的材料，选择适宜的焊接时间和压力，有利于提高焊接质量，并指出了塑料超声波焊接质量的控制方法和检测手段的发展方向。 关键词超声波焊接，焊接质量，塑料 Development in Research of quality of ultrasonically welded plastic Gao Yang Zhao Yunfeng (Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology, Beijing 100076) Abstract The paper introduces technique of ultrasonic plastic welding. Factors of welding quality include equipment of welding 、 materials of welding 、 parameters of processing and so on. The equipment that has high frequency and t he materials that have low melting point and high external frictional coefficient are easy to weld. Primary parameters affecting welding quality are welding time 、 welding pressure 、 amplitude etc. In addition, development of ultrasonic welded technique in plastic field is proposed. It is useful to carrying out work of ultrasonic plastic welding in future. Keywords ultrasonic welding ， welding quality ， plastic 1 前言 塑料超声波焊接技术是借助超声波使塑料件接触面的分子快速融合在一起的加热连接方法。利用超声波发生器将低频的电能转化为 20 ～ 40KHz 的高频电能，电能通过换能器转化为同频率的纵向机械振动，这种振动通过调幅器和焊头传递给放置在基座上的焊接试样，在机械振动引起的动态机械力作用下使焊接区试样表面温度升高熔化，挤出形成一定厚度的熔化层，焊接后在一定时间内保持压力，直到熔化层冷却凝固成为可靠的接头[1]。 塑料超声波焊接技术有时间短、表面无损坏、非焊接区域不发热等优点，目前已经广泛地应用于航空航天、仪器仪表、食品包装等领域。迄今为止，各国的研究者对它进行了大量的研究工作，主要集中在焊接工艺参数[2 ～ 3]、焊接过程[4]和焊接设备[5]等方面，本文从焊接设备、焊接材料、工艺参数三个方面综述了焊接质量的研究进展情况，并介绍了焊接质量控制方法和检测手段的进展情况。 2 焊接设备 塑料超声波焊接工艺是从金属超声波焊接发展起来的。它最早是由美国琼斯等人在 1950 年提出。 19 世纪 60 年代后，美国、日本、瑞士、英国、德国和前苏联开始在实际生产过程中使用这种技术。美国的 Brason 、声能器材公司、日本的海上电机株式会社、松下电气、德国的 KLN 公司以及俄罗斯、瑞典都研制生产了塑料超声波焊接设备，设备的频率一般在 20 ～40kHz 之间，功率一般在几百瓦到几十千瓦之间[6]。现阶段焊接设备的研究主要集中在提高焊接功率和频率以及采用新型振动模式等方面，出现了 40KHz 以上的超声波振动系统[7~8]，以及横向[9][9] 、扭曲[10]、以及纵向－横向[11]等复振动模式的设备，用此设备来焊接声发射特性较差的材料。此外，田修波等[12]对塑料超声波的气动加压系统进行研究，研制压力可变的塑料超声波焊接机，能得到更好的焊接质量。 3 焊接材料
超声波焊接常见缺陷及处理办法 一、强度无法达到欲求标准。 当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？ ※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS 材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！由以上论述即可归纳出三点结论： １.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。
２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。 ３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 二、制品表面产生伤痕或裂痕。 在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：
超声波焊接 什么是超声波焊接？ 超声波焊是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性朔料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，塑胶制品与金属配件的粘结及其它非塑胶材料之间的粘结！它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！再说明一下,超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果超声波的优点：1，节能2，无需装备散烟散热的通风装置3，成本低,效率高4，容易实现自动化生产！ 接下来说明一下1,超声波焊接机的工作原理!超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前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，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输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到达其介面时停止，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，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!焊接：指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时，
固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料，只要产品的接合面设计得匹配，完全密封是绝对没有什么问题的，碟合：熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。嵌入：将一个金属无件嵌入塑料产品的预留孔内。 具有强度高，成型周期短安装快速的优点！！类似于模具设计中的嵌件！ 弯曲/生成音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。这种方式的优势在于处理的快速，较小的内压，良好的外观及对材料本性的克服。点悍点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。点焊也能产生一个强有力的粘合构造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或浇注的热塑塑料以及那些结构复杂、难以进入接合面的产品。剪切切和封口一些有序与无序的热塑材料的超音波工艺。用这种方法密封的边缘不开裂，且没有毛边、卷边现象。纺织品/胶片的密封纺织品品及一些胶片的密封也可用到超音波。它可对胶片实行紧压合，还可对纺织品进行整洁的局部剪切与密封。缝合的同时也起到了装饰的作用。影响超音波焊接的因素说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧
超声波焊接结构汇总
基本术语以及定义： 超声波熔接： 以超声波频率振动的焊头，在预定的时间及压力下，磨擦生热，令塑胶接面相互熔合，既牢固，又方便快捷 说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度）、化学结构。 聚合物结构 非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度）。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。 半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸收部分高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（例如：高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成功。 聚合物：热塑性与热固性 将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。 熔化温度 聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多. 硬度（弹力系数） 材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。 超声波焊接常见缺陷及处理办法
SEE- IN ULTRASONIC SDN. BHD. ( Company No. : 750998 – H ) Lot 25-4-10, Plaza Prima, Batu 4 1/2, Jalan Klang Lama, 58200 Kuala Lumpur, Malaysia. Tel : 03-7982 6466 Fax: 03–7982 6468 Joint Designs for Ultrasonic Welding Perhaps the most critical facet of ultrasonic welding is joint design (the configuration of two mating surfaces). It should be considered when the parts to be welded are still in the design stage, and incorporated into the molded parts. There are a variety of joint designs, each with specific features and advantages. Their selection is determined by such factors as type of plastic, part geometry, weld requirements, machining and molding capabilities, and cosmetic appearance. Butt Joint with Energy Director The butt joint with energy director is the most common joint design used in ultrasonic welding, and the easiest to mold into a part. The main feature of this joint is a small 90" or 60" triangular shaped ridge molded into one of the mating surfaces. This energy director limits initial contact to a very small area, and focuses the ultrasonic energy at the apex of the triangle. During the welding cycle, the concentrated ultrasonic energy causes the ridge to melt and the plastic to flow throughout the joint area, bonding the parts together. For easy-to-weld resins (amorphous polymers such as ABS, SAN, acrylic and polystyrene) the size of the energy director is dependent on the area to be joined. Practical considerations suggest a minimum height between .008 and .025 inch (.2 and .6 mm). Crystalline polymers, such as nylon, thermoplastic polyesters, octal, polyethylene, polypropylene, and polyphenylene sulfide, as well as high melt temperature amorphous resins, such as polycarbonate and polysulfide are more difficult to weld. For these resins, energy directors with a minimum height between .015 and, 020 inch (.4 and .5 mm) with a 60" included angle are generally recommended. The 90" included angle energy director height should be at least 10% of the joint width, and the width of the energy director should be at least 20% of the joint width. Image 1 (to the right) shows a butt joint with a 90" included angle energy director. With thick-walled joints, two or more energy directors should be used, and the sum of their heights should equal 10% of the joint width. To achieve hermetic seals when welding poly-carbonate components, it is recommended that a 60" included angle energy director should be designed into the part. The energy director width should be 25% to 30% of the wall thickness. Image 2 (to the right) shows a butt joint with a 60" included angle energy director. Image 3 (to the right) shows how the ports should be dimensioned to allow for the flow of molten material from the energy director throughout the joint area. With assemblies whose components are mode of identical thermoplastics, the energy director can be designed into either half of the assembly. However, when designing energy directors into assemblies consisting of a part mode of copolymers or terpolymers, such as ABS, and another part made of a photopolymer such as acrylic, the energy director should always be incorporated into the photopolymer half of the assembly. Thermoplastic Assembly Solutions for Every Application:
超声波焊接线的设计与超声波焊接机的调试 2009-04-23 09:39 1.强度无法达到欲求标准。当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！由以上论述即可归纳出三点结论：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。 ２.制品表面产生伤痕或裂痕。在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。 解決方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振)）。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。 3.制品产生扭曲变形。发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合. 2.产品肉厚薄(2m/m以内)且长度超出60m/m以上. 3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力是无法改变塑料的轫性与惯性。所以不要尝试用强大的压力，去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为6kg)，包含用模治具的强迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点，那就是从表面探讨变形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是经完成超音波熔接后，就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前，会因导熔线的存在，而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差，而在完成超音波熔接后，却显现成肉眼可看到的变形。解決方法：1.降低压力（压力最好在2kg 以下）。2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。3.增加硬化时间（至少0.8 秒以上）。 4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。 5.分析产品变形主因，予以改善。 4.制品内部零件破坏※超音波熔接后发生产品破坏原因如下：1.超音波熔接机功率输出太
学生实验报告书 实验课程名称 综合实验（二） 典型焊接结构的焊接工艺设计与制造 开课学院材料科学与工程 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级 2011--2012学年第1学期 实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。
1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况 参照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实 验报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占 一定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情 况，在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所 有实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准
实验课程名称：综合实验（二）
塑料的超声波焊接技术缺陷及预防 目前常用的各种零件焊接方式 1．超声波焊接 2，振动焊接 3，旋转焊接 4，热板焊接 5．感应焊接 6，接触电阻焊接 7，热气焊接 8，挤出焊接 超声波焊接和旋转焊接是我们实际中在塑胶产品上应用的最多，最广泛的。接下来只就针对这两种焊接工艺做讲述。其它的焊接工艺，有兴趣的朋友可以自已找资料学习研究和是私下找我商讨也行。 首先，我们一定要真正弄清焊接的原理，只有这样，才能设计出好的焊接结构，才能在这种结构上成为真正的工程师，不然你的所谓经验和资料，都将成为你的绊脚石。 一,焊接的原理： 几乎所有的焊接，都是将两焊接零件的焊接端面分子产生运动，使它们相互扩散，相互缠结。达到相互连接的目的。 如我们的超声波焊接就是利用焊头的高频振动,使两焊接零件高频磨擦，将机械能转化为热能，热能将两焊接面的分子溶解，恢复其活性，
然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的， 而我们通常用的502胶水，或是其它粘接剂，胶水本是一种高腐蚀的液体，它将焊接面的分子膨涨，恢复其活性，然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的。其实不难明白。焊接就是一个让分子相互缠结的过程。 二,超声焊接剖析： 2.1:超声波焊接设备，相信各位都有见过，还是再来哆嗦一下。如图：
由上图我们不难明白，超声焊的焊接原理： 1,输入低频电 --->? ---?2.通过电源箱变频，转换成高频电输出> 3.通过变压器装置将高电频信号转换成机械振动。原理就和电铃一样，都是电磁场的高频切换来实现，这个就是我们所谓的超声了。--->? ---?4.通过振幅变压器整合振幅> ---?5.输出能量，将焊头引至高频振动> ---?6.焊头将塑胶零件高频摩擦，产生热能。使塑胶熔化。> 7.风压装置同时下压运动.将两零件融合在一起，然后冷却，达到粘结目的。 接下来着重讲下超声装备各部件的基本参数： 通过电源箱变频后，其输出频率通常在20~50kHZ之间，(20kHZ最常用)其振幅通常在15~60um.也有时候会将其频率调成15Khz.这种声频率适合用来超声较大制件或是较软的材料，如大型的PP材料外壳等。一但将超声将塑胶局部熔化后，超声会立即停止，通常这个超声过程会在0.5~1.5S内完成。 另外一个要了解的是焊头的材料选择： 总体上来讲，如果是用来超声塑胶，我们一般一般选用质量较轻，强度较好，高耐摩擦，超声传导较优秀的金属材料来制作。如我们通常用的有，钛，铝，或是其它合金。 如果是用来作金属+塑胶嵌件超声，(可参考我的嵌件设计教程：
超声波焊接的塑件设计规范 一.超声波设计准则: 1.两熔接面的最初接触面积必须减少以减少溢胶发生. 2.提供一种能使两接触面相互对位的方式,可采用插针,插 孔,阶梯或沟槽. 3.整个熔接面必须均匀一致与紧密接触,尽可能保持在同一 平面. 4.美工线:设计特性使熔接完毕后接口四周将出现0.25至 0.64mm之空隙,因为工件与工件之间的变形不易被发现. 5.避免直角转角设计,为了增加熔接强度建议咬花面设计. 二.熔接面有熔接线和剪切两种主要设计类型. 导熔线: 是在两熔接面之一上形成一条三角形凸出的材料,导 熔线的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的一 面熔解,导熔线能够快速溶解到最高的熔接强度.导 熔线必须愈尖愈好,当熔接低温度熔解的塑料,导熔 线高度不可低于0.25mm,若熔接半结晶型或高熔解温 度的塑料时,导熔线高度不可低于0.5mm.
(一)基本导熔线设计观念可以运用在平头熔接面以外的熔 接面设计上去以取得额外的优点. 1.阶梯式导熔线:主要用语外观件上需要精确对位与不溢胶 上的设计.注意这种设计的壁厚要求最小尺寸为2mm. 2.沟槽式导熔线:主要是能从里外两面防止溢胶并且可能提 供对位功能,提升高度的熔合使熔接面积增加而提升熔接强度的设计,注意这况设计的壁厚要求最小尺寸为2mm.
3.十字交叉式导熔线:是一导熔线使它们相互呈垂直交叉, 能缩短熔接时间及降低熔接时所消耗的功率,且并不影响熔接强度,但是会产生高低断差以及溢胶. 4.连续沟齿状导熔线:若取得完全密合的熔接效果,建议一 方的导熔线设计采用连续沟齿状.此款设计将产生大量的溢胶.