超音波熔接线的设计

超音波熔接线的设计问题一：超音波导熔线开设不当。

解析：我们欲求产品达到水、气密的功能时，定位与超音波导熔线是成败的重要关键，所以在产品设计时的考虑，如：定位、材质、肉厚，与超音波导熔线的对应比例有绝对的关系。

在一般水、气密的要求，导熔线高度应在0.5~0.8m/m 之范围（视产品肉厚而定），如低于0.5m/m 以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 m/m 以上，否则效果不佳。

一般要求水气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下：斜切式：适合水密性及大型产品之熔接，接触面角度=45°，x=w/2 ，d=0.3~0.8mm 为佳。

阶梯尖式：适合水密性及防止外凸或龟裂之方法，接触面的角度= 45 °，x=w/2, d=0.3~0.8mm 为佳。

峰谷尖式：适合水密性且高强度熔接，d=0.3~0.6mm内侧接触面之高度h 依形状大小而有变化，但h 约在1~2mm 左右。

※以上三种为水气密超音波导熔线设计法。

问题二：熔接条件不当。

解析：产品实施超音波作业无法达到水、气密，除了超音波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外，超音波设定的条件也是一项主因。

我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因（熔接条件），在我们实施超音波熔接作业时，求效率求快是最基本目标，但往往也忽略了其求效率的要领，我们将从下面二个条件来探讨：一、下降速度、缓冲太快：此一形成的速度，使动态压力加上重力加速度将把超音波导熔线压扁，使导熔线无法发挥导熔的作用，形成假相熔接。

二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。

这是一般生产技术者最不易发现之处超声波焊接线必须愈尖愈好,圆顶或扁平的导熔线将减低熔胶流动的效率,当熔接相对容易熔接的塑料（如高硬度和低熔解温度的PS）建议导熔线的高度不可低于0.25 mm,若熔接半晶型或高熔解温度之非晶型塑料（如PC）导熔线高度不可低于0.5 m；对于采用导熔线设计的半晶型塑料（如PA）熔接强度是来自导熔线三角型的底线之宽度.顶角随壁厚而改变;原则上导熔线设置在哪一边的塑件的熔接面上是没有任何分别的.但在熔接两种不同材料的特殊情况下,一般上是将导熔线设置在熔解温度和硬度较高的那一边的工件的熔接面上；导熔线的设计要有能相互对位的功能如插针与插孔,肋状对位片,沟槽设计,或需要良好的支撑.熔接区域不可放置顶针。

超声波焊接线的设计与超声波焊接机的调试2009-04-23 09:391.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。

超声波焊接线设计标准一、概述超声波焊接是一种高效、环保的连接工艺，广泛应用于塑料、金属、陶瓷等材料的连接。

本文旨在提供超声波焊接线设计的基本标准，帮助工程师和设计师在产品开发中更好地应用超声波焊接技术。

二、设计标准1. 材料选择：选择适合超声波焊接的材料是关键。

一般来说，高分子材料如塑料、橡胶等较易焊接，而金属、陶瓷等硬质材料则较难焊接。

2. 结构设计：超声波焊接线的结构设计应遵循简单、稳定的原则。

避免有过多的转折、弯曲等复杂结构，以减少能量的损失和焊接不良的风险。

3. 声学匹配：在超声波焊接过程中，声学匹配是影响焊接效果的重要因素。

声学匹配包括声阻抗、声速等参数的匹配，确保超声波在焊接线中传播时能量损失最小。

4. 焊接参数设置：正确设置焊接参数是保证焊接质量的关键。

包括超声波频率、振幅、功率、焊接时间等参数，应根据材料类型和厚度等因素进行合理设置。

5. 焊接质量检测：为确保焊接质量，应在生产过程中定期对焊接线进行检查和测试。

可以采用目视检查、破坏性试验等方法，以确保产品的可靠性。

6. 安全性考虑：超声波焊接过程中会产生高频振动和高温，因此设计时应考虑安全性，包括设备固定、防护措施等。

7. 生产效率：设计超声波焊接线时，应考虑生产效率。

选择合适的设备型号和配置，以提高生产效率。

8. 维护与保养：为确保超声波焊接线的长期稳定运行，应定期对设备进行维护和保养。

包括检查紧固件、更换易损件、清洁设备等。

9. 环境适应性：考虑到生产环境可能存在的温差、湿度等因素，设计时应选择适应性强、耐用的设备及部件。

10. 经济性：在满足生产需求的前提下，应考虑设备的经济性。

选择性价比高的设备型号和配置，以降低生产成本。

三、总结超声波焊接线的设计标准是确保焊接质量和生产效率的关键因素。

在设计过程中，应充分考虑材料选择、结构设计、声学匹配、焊接参数设置、质量检测、安全性、生产效率、维护保养、环境适应性和经济性等方面的要求，以确保设计的有效性。

塑胶制品超声波线设计手册1. 超音波机械工作原理：利用超音波振动频率，接触摩擦产生热能使塑料熔融而结合，依目前较普遍的，即为每秒振动二万次﹙２０ＫＨＺ﹚与每秒振动１．５万次﹙１５ＫＨＺ﹚二种（另外尚有数种特殊振动频率）。

材料要求一般来说，在设计超声波结构之前，需考虑•选择什么塑料•是否只需要结构性的熔接,如果需要的话，要求它能承受多少压力•是否需要水气密•是否有外观上的要求•是否允许有任何溢胶微粒的产生•是否还有其它特殊要求等问题。

对熔接面的设计要求那超声波结构设计中，最重要的就是熔接面的设计。

为了获得可接受的、稳定性高的熔接效果,必需遵循下述三项基本设计准则：1. 两熔接面的最初接触面积必须减小，以降低初期与最后的完全熔化所需要的总能量，使焊头与工件的接触时间降低至最少因而减低造成伤痕的机会，也因此减少溢胶；2. 提供一种能使二熔接面相互对位的方式，在搭配塑件的设计中可采用插针与插孔，阶梯或沟槽的方式，而不应采用固定在焊头或底模内的方式，这样可确保准确与稳定的对位并避免造成伤痕；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，这样的形状能使能量均匀传导，有利于取得一致的与可控制的熔接效果，并且能减低溢胶产生的可能性；2. 熔接面有以下两点设计要求.2.1. 导熔线：导熔线实际上是在二熔接面之一上形成一条三角形凸出材料，导熔线的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的另一面熔解，导熔线能快速熔解并达到最高的熔接强度，原因是导熔线本身的材料熔解并且流到整个熔接区域，导熔线设计是非晶型材料所采用最广泛的熔接面设计，当然半晶材料亦可采用这种设计.2.2. 导熔线的尺寸和位置取决于以下因素:1.材料;2.熔接要求;3.工件大小;导熔线必须愈尖愈好,圆顶或扁平的导熔线将减低熔胶流动的效率,当熔接相对容易熔接的塑料(如高硬度和低熔解温度的PS),建议导熔线的高度不可低于0.25㎜,若熔接半晶型或高熔解温度之非晶型塑料(如PC),导熔线高度不可低于0.5㎜;对于采用导熔线设计的半晶型塑料(如PA),熔接强度是来自导熔线三角型的底线之宽度.顶角随壁厚而改变;原则上导熔线设置在哪一边的塑件的熔接面上是没有任何分别的.但在熔接两种不同材料的特殊情况下,一般上是将导熔线设置在熔解温度和硬度较高的那一边的工件的熔接面上;导熔线的设计要有能相互对位的功能如插针与插孔,肋状对位片,沟槽设计,或需要良好的支撑.熔接区域不可放置顶针;2.3. 下面是几种比较典型的导熔线的结构设计：2.3.1. 阶梯熔接面一阶梯熔接面设计主要用于需要精确对位与完全不可接受过熔或溢胶出现在外露表面的高质量要求上；设计注意(图1.)围绕整个工件接口之额外0.25至0.64㎜的空隙,这新增的“影线(美工线)”设计特性使熔接完毕后接口四周将出现0.25至0.64㎜之空隙.如此会产生美观的效应,因为工件与工件之间的变形不易被发觉.如果完全密合,很可能会在某些位置出现溢胶,在别的位置却出现微隙;美工线的设置使微小的变形不易被察觉.这款导熔线设计采用与平头加导熔线设计一样的基本概念(就是:材料、熔接要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺寸为2㎜图片附件: 1.gif (2007-4-30 14:41, 10.02 K)2.3.2. 沟槽式之熔接面设计—这种设计的主要优点是能从裹外二面防止溢胶,并且可提供对位功能.由于熔胶被封,因此提高达到水气密的机会.也由于沟槽的设计需要一定的公差配合,因此也增加成型的困难度.同时,由于熔接面积的减少,往往造成它的熔接强度比不上平头接面设计，这款导熔线设计采用与平头加导熔线设计一样的基本概念(就是:材料、熔接加工要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺吋为2㎜图片附件: 2.gif (2007-4-30 14:49, 13.02 K)2.3.3. 咬花面设计--此设计是专为配合导熔线设计使用,熔接面有咬花形状可改善整体熔接质量和强度,原因在于粗糙面能增进摩擦与控制熔解(图3.).通常咬花深度0.076至0.152㎜,其变化视导熔线高度而定.往往得到的优点包括强度的增进、溢胶或微粒的减少、熔接时间的减短以及振幅的减低；图片附件: 3.gif (2007-4-30 14:54, 10.42 K)2.3.4. 十字交叉熔接面设计—在塑件的二熔接面上都设计导熔线并且使它们互呈垂直交叉,使初接触面减至最低并使大量的塑料熔接以增加熔接强度(图4).这种导熔线的每一段尺寸可采取标准导熔线尺寸的60%左右.若欲取得水气密的熔接效果,建议一方的导熔线设计采用如图5.所示之连续钩齿状.同时建议导熔线的顶角角度为600而非标准型的900,同时还建议把比钩齿状设计之导熔线设置在与焊头接触边的塑件上.应注意的是,此款设计将产生大量的溢胶,因此必须考虑溢胶的问题或采用有溢料槽设计的熔接面如沟槽式的熔接面设计图片附件: 4.gif (2007-4-30 15:04, 6.42 K)图片附件: 5.gif (2007-4-30 15:04, 8.72 K)2.3.5. 垂直于墙壁的导熔线设计—用于增加抗撕裂与减少溢胶(图6),这种设计仅适用于只需要结构性的熔接而已;2.3.6. 间断的导熔线设计—可减少熔接面积因此降低能量或所需的功率层级,这种设计只能用于非水气密的结构性熔接而已(图7);图片附件: 6.gif (2007-4-30 15:12, 6.7 K)图片附件: 7.gif (2007-4-30 15:12, 7.22 K)2.3.7. 凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图10.)如果在此等薄壁厚之塑件上使用标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；2.3.8. 凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图8)如果在此等薄壁厚之塑件上使用标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；图片附件: 8.gif (2007-4-30 15:16, 11.17 K)2.3.9. 特殊熔接面设计—为了使较难熔接的塑料或外型不规则之塑件达到水气密熔接,可能需要使用弹性油封与旋绕道以阻隔熔胶之流动.图9.显示一种配合“O”型环的熔接面设计.有一要点应注意“O”型环在熔接完毕后只压缩10%至15%而已.柱状塑件与插孔(大头柱子熔接)亦可成功的配合“O”型环以达到水气密；图片附件: 9.gif (2007-4-30 15:22, 4.29 K)2.4. 剪切的设计注意点：2.4.1. 剪切式熔接面设计—在熔接尼龙、乙缩醛、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯这类半晶型塑料时,采用导熔线设计有时是不能达到预期效果的.这是因为这类半晶型塑料在相对很狭窄的温度变化范围内迅速从固态再变回固态.导熔线熔化时还未来得及与对面塑件熔合即开始固化,因此熔接强度只赖由三角形之宽度所提供.因此当熔接以上塑料,如果外型许可的话的建议采用剪切式熔接面设计,可达到理想的熔接效果.剪切式熔接面的熔接过程是,首先熔化开始接触的小面积材料,然后沿着壁面继续垂直向下而有控制的导引入下工件裹头去(请观看图10).这种熔接方式绝对不会让四周的空气接触到熔解区域,因此可获得高强度的结构性或水气密的熔接.由于上述原因,剪切式熔接设计特别适用于半晶型塑料材料；熔接强度与熔接面垂直向下的熔接面积有直接关系.强度可由改变熔接深度去达到个别应用的熔接要求.注意:若熔接强要求超过墙壁的接强,建议熔接深度为壁厚之1.25倍；剪切式熔接需要有坚固的侧边墙壁支撑以避免熔接时变形.下工件的四周墙壁高度必须高至接口位置,内壁必须与工件外部型体完全吻合.上工件的整体结构也应十分坚固以防止内倾变形.对于熔接部位在墙壁中央位置,可采用图11.所示的变体沟槽设计.这种设计也适用于大型塑件的熔接.建议采用单边干涉如图12.所示图片附件: 10.gif (2007-4-30 15:35, 9.95 K)图片附件: 11.gif (2007-4-30 15:35, 3.69 K)图片附件: 12.gif (2007-4-30 15:35, 5.94 K)应当注意的是如果工件最大尺吋在89㎜或更大并且复杂或者有直角的转角就不宜采用剪切式熔接设计,因为这会给上下工件之间所必须保持的成型公差带来困扰.也就是难于保持稳定的熔接效果.在这种情况下只能建议采用导熔线设计.当只需要结构性熔接而已.(即不要求强度与水气密),可采用图13.所示的间断性的垂直导熔线设计.如此可减少整个熔接面积,也因此减少所需的能量或功率.伤痕出现的机会亦可大大的减少图14提供干涉尺吋与工件尺吋公差对应于最大之工件外形尺吋图片附件: 13.gif (2007-4-30 15:40, 7.3 K)图片附件: 14.gif (2007-4-30 15:43, 4.35 K)2.5. 熔接面设计的其它考虑：1.直角转角会聚集应力.如果塑件上面有若干应力聚集点,在经过超音波机械振动后,塑件的高应力区域如转角、边沿与交界处可能出现断裂或其它的伤痕.补救的措施是尽量增加转角之圆弧度(0.508㎜).请参阅图152.塑件上的孔位或缺口像气孔类的开口会阻断焊头传送出来的超音波能量(图16).它对熔接的影响取决于塑件材料种类(尤其是半晶型塑料)和开口的大小，在缺口的正下方几乎没有办法熔接.当塑件上有缺口或有转弯形状,塑料将会阻碍能量的传导,使能量更难到达熔接面,尤其是剪切式熔接.在塑件设计过程当中应特别注意避免此类问题的发生.由于钢模设计不当造成塑件内出现气孔,这种情况也会使能量传导受阻或使塑件穿孔；3.近场与远场熔接之对比一近场熔接指的是熔接面距离焊头接触位置在6.35㎜以内;大于6.35㎜的距离则为远场熔接(图17),如上所述,因为半晶型分子结构塑料会阻碍振动能量的传导,所以难以对它们作远场熔接.至于非晶型塑料,由于分子随意排列,振动能量容易在其间传导并且衰减也很小.在低硬度塑料裹头也会发生振动能量的衰减现象.因此在设计塑料产品过程当中应考虑到是否有足够的能量传达熔接面；图片附件: 15.gif (2007-4-30 15:52, 6.02 K)图片附件: 16.gif (2007-4-30 15:52, 9.93 K)图片附件: 17.gif (2007-4-30 15:52, 13.72 K)4.塑件的分肢,柄,或其它细节—机械振动会影响塑件内外表面上的各种突出物,可能造成断裂(图18.)下列各种措施能减低或消除这种影响:․将突出物与主体连接处设计成最大的圆弧状.․利用外加手段削减连接处的扭折.․增加材料的厚度.․评估采用其它频率的超音波5.薄膜效应—一种能量聚集效应造成塑件出现烧穿现象.在平的圆形的、壁厚较薄的位置最为常见,通过采取下列一个或结合数个措施可以克服这种现象(图19)․减少熔接时间․改变振幅․采用振幅剖析․在焊头上设计节点活塞․增加壁厚․使用内部支撑肋骨․评估其它频率6.焊头接触与放置位置在塑件熔接时可扮演举足轻重的角色.一般而言,焊头的尺寸应该大到足以遮盖整个工作,因此从顶直接施压在熔接区域上,(图20.)这有利于机械振动能量的传导并可避免接触面留下伤痕.焊头或塑件的表面也可以在熔接区域凸起以增进接触的效能;如此将改善熔接效果的稳定度,注意:焊头与工件的接触面必须大于熔接区域的总面积,否则将有可能导至表面伤痕.图片附件: 18.gif (2007-4-30 16:08, 7.8 K) 图片附件: 19.gif (2007-4-30 16:08, 4.76 K) 图片附件: 20.gif (2007-4-30 16:08, 12.5 K)另：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。

超音波接合條件1.引言在鋰電池 Pack 加工時採用超音波接合設計，若Case的初始設計與加工條件沒有做適當的考慮，有可能造成超音波接合時一部份的零件或電池芯的損傷。

特別是對電池芯，因為為確保電池整體的安全性，電池芯上稱做Vent(氣閥)的部位故意設計強度較弱。

超音波接合的條件設定或是零件的配置如果不妥善，可能使得震動直達至電池芯上，造成Vent破裂，將會造成漏液的發生。

因此，超音波接合條件設定非常的重要。

可是條件設定的方法會因生產時所使用之機器廠牌或型號不同而有所差異，要依個別機器來說明條件設定的方法非常困難。

此份資料只是介紹設定方法的一個範例，僅供參考。

各個機器的條件設定方式請依照其使用說明書進行設定。

2.有關於超音波接合條件的設定方法超音波接合的條件會受到超音波接合機台的廠商、機種、Plastic case的尺寸，材質等影響，一般而言並沒有所謂標準的條件。

另外會造成影響接合條件的設定之變數還有固定電池用之silicone、接著劑及雙面膠的強度也列入考慮範圍後，試作sample確認條件的設定是否妥當，是非常重要的步驟。

3.如何決定接合條件的範例以下介紹有關超音波接合條件設定的例子。

（1） 程度的確認在決定接合條件時，先確定以下3種種不同的接合程度。

A.接合強度不足（接合：弱）B.接合強度充足（接合：良好）C.接合強度過大外觀或內部一部份損壞（接合：強）為了得到B的效果，要一邊調整接合條件，同時製作sample確認。

（2） 各接合條件因所使用的是Branson制的超音波接合機，所以依此裝置可以設定的條件來舉例說明。

如果是使用其他廠牌的接合機，則請參考使用說明書，或參考以下的資料。

A.接合mode產品規格若是限高要求嚴格，適用Absolute mode(Stroke控制)。

但是，確認（1）項所述的程度、設定B的『良好』的接合強度。

必須將條件控制為不產生C狀態（內部的零件、電池損壞）的程度。

當C的狀況發生時，適用『能量控制』。

关于超声波结构的设计要点1. 超音波应用原理：利用超音波振动频率，接触摩擦产生热能使塑料熔融而结合，依目前较普遍的，即为每秒振动二万次﹙２０ＫＨＺ﹚与每秒振动１．５万次﹙１５ＫＨＺ﹚二种（另外尚有数种特殊振动频率）。

2.超声波结构一般来说，在设计超声波结构之前，需考虑•选择什么塑料•是否只需要结构性的熔接,如果需要的话，要求它能承受多少压力•是否需要水气密•是否有外观上的要求•是否允许有任何溢胶微粒的产生•是否还有其它特殊要求等问题。

3. 熔接面的设计准则那超声波结构设计中，最重要的就是熔接面的设计。

为了获得可接受的、稳定性高的熔接效果,必需遵循下述三项基本设计准则：1. 两熔接面的最初接触面积必须减小，以降低初期与最后的完全熔化所需要的总能量，使焊头与工件的接触时间降低至最少因而减低造成伤痕的机会，也因此减少溢胶；2. 提供一种能使二熔接面相互对位的方式，在搭配塑件的设计中可采用插针与插孔，阶梯或沟槽的方式，而不应采用固定在焊头或底模内的方式，这样可确保准确与稳定的对位并避免造成伤痕；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，这样的形状能使能量均匀传导，有利于取得一致的与可控制的熔接效果，并且能减低溢胶产生的可能性；4. 熔接面有导熔线和剪切两种主要设计类形.4.1. 导熔线：导熔线实际上是在二熔接面之一上形成一条三角形凸出材料，导熔线的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的另一面熔解，导熔线能快速熔解并达到最高的熔接强度，原因是导熔线本身的材料熔解并且流到整个熔接区域，导熔线设计是非晶型材料所采用最广泛的熔接面设计，当然半晶材料亦可采用这种设计.4.2. 导熔线的尺寸和位置取决于以下因素:1.材料;2.熔接要求;3.工件大小;导熔线必须愈尖愈好,圆顶或扁平的导熔线将减低熔胶流动的效率,当熔接相对容易熔接的塑料(如高硬度和低熔解温度的PS),建议导熔线的高度不可低于0.25㎜,若熔接半晶型或高熔解温度之非晶型塑料(如PC),导熔线高度不可低于0.5㎜;对于采用导熔线设计的半晶型塑料(如PA),熔接强度是来自导熔线三角型的底线之宽度.顶角随壁厚而改变;原则上导熔线设置在哪一边的塑件的熔接面上是没有任何分别的.但在熔接两种不同材料的特殊情况下,一般上是将导熔线设置在熔解温度和硬度较高的那一边的工件的熔接面上;导熔线的设计要有能相互对位的功能如插针与插孔,肋状对位片,沟槽设计,或需要良好的支撑.熔接区域不可放置顶针;4.3. 下面是几种比较典型的导熔线的结构设计：4.3.1. 阶梯熔接面一阶梯熔接面设计主要用于需要精确对位与完全不可接受过熔或溢胶出现在外露表面的高质量要求上；设计注意(图1.)围绕整个工件接口之额外0.25至0.64㎜的空隙,这新增的“影线(美工线)”设计特性使熔接完毕后接口四周将出现0.25至0.64㎜之空隙.如此会产生美观的效应,因为工件与工件之间的变形不易被发觉.如果完全密合,很可能会在某些位置出现溢胶,在别的位置却出现微隙;美工线的设置使微小的变形不易被察觉.这款导熔线设计采用与平头加导熔线设计一样的基本概念(就是:材料、熔接要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺寸为2㎜图片附件: 1.gif (2007-4-30 14:41, 10.02 K)4.3.2. 沟槽式之熔接面设计—这种设计的主要优点是能从裹外二面防止溢胶,并且可提供对位功能.由于熔胶被封,因此提高达到水气密的机会.也由于沟槽的设计需要一定的公差配合,因此也增加成型的困难度.同时,由于熔接面积的减少,往往造成它的熔接强度比不上平头接面设计，这款导熔线设计采用与平头加导熔线设计一样的基本概念(就是:材料、熔接加工要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺吋为2㎜图片附件: 2.gif (2007-4-30 14:49, 13.02 K)4.3.3. 咬花面设计--此设计是专为配合导熔线设计使用,熔接面有咬花形状可改善整体熔接质量和强度,原因在于粗糙面能增进摩擦与控制熔解(图3.).通常咬花深度0.076至0.152㎜,其变化视导熔线高度而定.往往得到的优点包括强度的增进、溢胶或微粒的减少、熔接时间的减短以及振幅的减低；图片附件: 3.gif (2007-4-30 14:54, 10.42 K)4.3.4. 十字交叉熔接面设计—在塑件的二熔接面上都设计导熔线并且使它们互呈垂直交叉,使初接触面减至最低并使大量的塑料熔接以增加熔接强度(图4).这种导熔线的每一段尺寸可采取标准导熔线尺寸的60%左右.若欲取得水气密的熔接效果,建议一方的导熔线设计采用如图5.所示之连续钩齿状.同时建议导熔线的顶角角度为600而非标准型的900,同时还建议把比钩齿状设计之导熔线设置在与焊头接触边的塑件上.应注意的是,此款设计将产生大量的溢胶,因此必须考虑溢胶的问题或采用有溢料槽设计的熔接面如沟槽式的熔接面设计图片附件: 4.gif (2007-4-30 15:04, 6.42 K)图片附件: 5.gif (2007-4-30 15:04, 8.72 K)4.3.5. 垂直于墙壁的导熔线设计—用于增加抗撕裂与减少溢胶(图6),这种设计仅适用于只需要结构性的熔接而已;4.3.6. 间断的导熔线设计—可减少熔接面积因此降低能量或所需的功率层级,这种设计只能用于非水气密的结构性熔接而已(图7);图片附件: 6.gif (2007-4-30 15:12, 6.7 K)图片附件: 7.gif (2007-4-30 15:12, 7.22 K)4.3.7. 凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图10.)如果在此等薄壁厚之塑件上使用标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；4.3.8. 凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图8)如果在此等薄壁厚之塑件上使用标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；图片附件: 8.gif (2007-4-30 15:16, 11.17 K)4.3.9. 特殊熔接面设计—为了使较难熔接的塑料或外型不规则之塑件达到水气密熔接,可能需要使用弹性油封与旋绕道以阻隔熔胶之流动.图9.显示一种配合“O”型环的熔接面设计.有一要点应注意“O”型环在熔接完毕后只压缩10%至15%而已.柱状塑件与插孔(大头柱子熔接)亦可成功的配合“O”型环以达到水气密；图片附件: 9.gif (2007-4-30 15:22, 4.29 K)4.4. 剪切的设计注意点：4.4.1. 剪切式熔接面设计—在熔接尼龙、乙缩醛、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯这类半晶型塑料时,采用导熔线设计有时是不能达到预期效果的.这是因为这类半晶型塑料在相对很狭窄的温度变化范围内迅速从固态再变回固态.导熔线熔化时还未来得及与对面塑件熔合即开始固化,因此熔接强度只赖由三角形之宽度所提供.因此当熔接以上塑料,如果外型许可的话的建议采用剪切式熔接面设计,可达到理想的熔接效果.剪切式熔接面的熔接过程是,首先熔化开始接触的小面积材料,然后沿着壁面继续垂直向下而有控制的导引入下工件裹头去(请观看图10).这种熔接方式绝对不会让四周的空气接触到熔解区域,因此可获得高强度的结构性或水气密的熔接.由于上述原因,剪切式熔接设计特别适用于半晶型塑料材料；熔接强度与熔接面垂直向下的熔接面积有直接关系.强度可由改变熔接深度去达到个别应用的熔接要求.注意:若熔接强要求超过墙壁的接强,建议熔接深度为壁厚之1.25倍；剪切式熔接需要有坚固的侧边墙壁支撑以避免熔接时变形.下工件的四周墙壁高度必须高至接口位置,内壁必须与工件外部型体完全吻合.上工件的整体结构也应十分坚固以防止内倾变形.对于熔接部位在墙壁中央位置,可采用图11.所示的变体沟槽设计.这种设计也适用于大型塑件的熔接.建议采用单边干涉如图12.所示图片附件: 10.gif (2007-4-30 15:35, 9.95 K)图片附件: 11.gif (2007-4-30 15:35, 3.69 K)图片附件: 12.gif (2007-4-30 15:35, 5.94 K)应当注意的是如果工件最大尺吋在89㎜或更大并且复杂或者有直角的转角就不宜采用剪切式熔接设计,因为这会给上下工件之间所必须保持的成型公差带来困扰.也就是难于保持稳定的熔接效果.在这种情况下只能建议采用导熔线设计.当只需要结构性熔接而已.(即不要求强度与水气密),可采用图13.所示的间断性的垂直导熔线设计.如此可减少整个熔接面积,也因此减少所需的能量或功率.伤痕出现的机会亦可大大的减少图14提供干涉尺吋与工件尺吋公差对应于最大之工件外形尺吋图片附件: 13.gif (2007-4-30 15:40, 7.3 K)图片附件: 14.gif (2007-4-30 15:43, 4.35 K)4.5. 熔接面设计的其它考虑：1.直角转角会聚集应力.如果塑件上面有若干应力聚集点,在经过超音波机械振动后,塑件的高应力区域如转角、边沿与交界处可能出现断裂或其它的伤痕.补救的措施是尽量增加转角之圆弧度(0.508㎜).请参阅图152.塑件上的孔位或缺口像气孔类的开口会阻断焊头传送出来的超音波能量(图16).它对熔接的影响取决于塑件材料种类(尤其是半晶型塑料)和开口的大小，在缺口的正下方几乎没有办法熔接.当塑件上有缺口或有转弯形状,塑料将会阻碍能量的传导,使能量更难到达熔接面,尤其是剪切式熔接.在塑件设计过程当中应特别注意避免此类问题的发生.由于钢模设计不当造成塑件内出现气孔,这种情况也会使能量传导受阻或使塑件穿孔；3.近场与远场熔接之对比一近场熔接指的是熔接面距离焊头接触位置在6.35㎜以内;大于6.35㎜的距离则为远场熔接(图17),如上所述,因为半晶型分子结构塑料会阻碍振动能量的传导,所以难以对它们作远场熔接.至于非晶型塑料,由于分子随意排列,振动能量容易在其间传导并且衰减也很小.在低硬度塑料裹头也会发生振动能量的衰减现象.因此在设计塑料产品过程当中应考虑到是否有足够的能量传达熔接面；图片附件: 15.gif (2007-4-30 15:52, 6.02 K)图片附件: 16.gif (2007-4-30 15:52, 9.93 K)图片附件: 17.gif (2007-4-30 15:52, 13.72 K)4.塑件的分肢,柄,或其它细节—机械振动会影响塑件内外表面上的各种突出物,可能造成断裂(图18.)下列各种措施能减低或消除这种影响:․将突出物与主体连接处设计成最大的圆弧状.․利用外加手段削减连接处的扭折.․增加材料的厚度.․评估采用其它频率的超音波5.薄膜效应—一种能量聚集效应造成塑件出现烧穿现象.在平的圆形的、壁厚较薄的位置最为常见,通过采取下列一个或结合数个措施可以克服这种现象(图19)․减少熔接时间․改变振幅․采用振幅剖析․在焊头上设计节点活塞․增加壁厚․使用内部支撑肋骨․评估其它频率6.焊头接触与放置位置在塑件熔接时可扮演举足轻重的角色.一般而言,焊头的尺寸应该大到足以遮盖整个工作,因此从顶直接施压在熔接区域上,(图20.)这有利于机械振动能量的传导并可避免接触面留下伤痕.焊头或塑件的表面也可以在熔接区域凸起以增进接触的效能;如此将改善熔接效果的稳定度,注意:焊头与工件的接触面必须大于熔接区域的总面积,否则将有可能导至表面伤痕.图片附件: 18.gif (2007-4-30 16:08, 7.8 K)图片附件: 19.gif (2007-4-30 16:08, 4.76 K)图片附件: 20.gif (2007-4-30 16:08, 12.5 K)另：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。

超声波焊接线设计标准一、引言超声波焊接线作为工业生产中常见的焊接设备，其设计标准对于设备的稳定性、安全性和生产效率至关重要。

本标准旨在规范超声波焊接线的设计要求，以确保设备在使用过程中能够满足相关的安全和质量要求。

二、标准适用范围本标准适用于生产厂家设计制造的超声波焊接线，旨在规定其结构、性能、安全等方面的要求。

三、术语和定义1. 超声波焊接线：利用超声波振动产生热量，实现材料的焊接的设备。

2. 控制系统：指超声波焊接线的自动控制系统，用于控制焊接参数、监测设备状态等。

3. 脉冲功率：焊接过程中超声波振动产生的功率。

4. 工作台面积：焊接线工作台的有效焊接面积。

四、设计要求1. 结构设计1.1 确保超声波焊接线的结构设计符合相关机械设计标准，具有足够的稳定性和承载能力。

1.2 设备应采用模块化设计，易于维护和更换零部件。

1.3 为确保操作人员的安全，设备应具有防护装置，避免操作人员接触运动部件和高温部件。

2. 功能设计2.1 控制系统应具备稳定可靠的功能，能够实现焊接参数的准确控制和自动监测。

2.2 设备应具备自动化功能，能够实现自动开启、关闭、调节焊接参数等操作。

2.3 设备应具备故障诊断功能，能够对设备状态进行实时监测，并在出现故障时自动停机。

3. 焊接性能3.1 设备应具备稳定的脉冲功率输出，能够满足不同材料的焊接要求。

3.2 工作台面积应根据生产需要设计，确保能够容纳相应的工件进行焊接。

五、质量要求1. 设备应符合相关国家标准和法规的要求，具有合格的检测报告。

2. 设备应具有完整的生产和质量记录，确保生产过程的可追溯性和可控制性。

3. 在出厂前，设备应经过严格的性能测试和质量检验，确保设备的正常运行和使用寿命。

六、安全要求1. 设备应设置标识，清晰明确地标注相关的安全警示信息。

2. 设备应采用可靠的安全保护装置，避免因操作不当或设备故障导致的意外伤害。

3. 设备应符合相关的电气安全标准，保证设备在电气方面的安全性。

超声波熔接线(超声波焊接线)的设计超声焊接焊接热塑性制件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.焊接工艺娈量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力.超声焊接设备通常用来焊接中,小尺寸的热塑性塑料制件,而很大的制件可用多点焊接.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.图1 无定形和半结晶聚合物所用的能量导向嚣的近似尺寸此图所示的焊接接头是对普通能量控制接头设计的独特的改进.下面式件用一个粗糙或有纹理的表面改进.将会提高焊接质量,焊接强度和焊接完成的容易程度.其它许多有纹理的接头外形也是可行.溢料问题可通过把溢料污染槽引入接关设计中而降低,为安全,一般溢料槽设计至少10%的过度体积容量. ＊紧压接头:为了使溢料形成的可能性最小,紧压接头设计的目的是阻挡熔体或将熔体保持在熔区内.紧压接头对半结晶的塑料材料如尼龙是有用的.因为接关结构更复杂,紧压接关所需的制件配合公差相对严格.与三角能量导向嚣焊接相比,较大的接头结构也需要附加振幅和焊接能量.典型的紧压焊接几何结构如图2所示.图2 典型的超声紧压焊接结构制件找平简单对接没有任何措施解决制件相互找平或对中.制件找平更适于用模塑定位销或双头螺完成.而z形接能自动找平,且在使用时耐拉伸且改进了搞剪切负荷性.并能消除外部溢料.图3 超声焊接工艺用的典型z开接头设计(a)焊接前的z接头: (b)焊接后的z形接头:(c)改进的z形接头:台阶附带肩部掩盖了不平性,结果使外观改进＊槽舌接合不但提供了剪切强度而且提供了拉伸强度.这种接合是自对中的,接合区域的壁厚必须相对大以适应槽舌接合设计.另外,制件公差要求相对严.间隔加强筋改善了接头找平.图4 超声焊接工艺用的典型槽舌接合设计＊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。

超声波塑料件的焊接线十大设计方法塑料件的设计代注塑方式能有效提供比较完美的焊接用塑胶件。

光我们决定用超声波焊接技术完成熔合时，塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点：1 焊缝的大小（即要考虑所需强度）2 是否需要水密、气密3 是否需要完美的外观4 避免塑料熔化或合成物的溢出5 是否适合焊头加工要求焊接质量可能通过下几点的控制来获得：1 材质2 塑料件的结构3 焊接线的位置和设计4 焊接面的大小5 上下表面的位置和松紧度6 焊头与塑料件的妆触面7 顺畅的焊接路径8 底模的支持为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：1 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。

2 找到适合的固定和对齐的方法，如塑料件的接插孔、台阶或企口之类。

3 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。

下面就对塑料件设计中的要点进行分类举例说明：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○1 加厚塑料件○2 增加加强筋○3 焊头中间位置避空1.3尖角如果一个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况，比如尖角位，在超声波的作用下会产生折裂、融化。

这种情况可考虑在尖角位加R角。

如图2所示。

1.4塑料件的附属物注塑件内部或外部表面附带的突出或细小件会因超声波振动产生影响而断裂或脱落，例如固定梢等（如图3所示）。

通过以下设计可尽可能减小或消除这种问题：○1 在附属物与主体相交的地方加一个大的R角，或加加强筋。

超声波熔接工艺技术超音波熔接技术，是一个比较新的塑料制品熔接组装技术，1。

它对于超音线的截面设计，以及熔接部位总体积，相对于整个产品的体积的比例。

2。

目前超音波熔接对超音机的调机技术，以及超音波操作者的细心程度都有很大的依赖性。

超声波焊接的工艺焊接：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：将一个金属元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。

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。

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、柔韧性（硬度）、化学结构。