超音波焊接原理

超声波焊接机原理与应用技术资料

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部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、 超声波焊机的组成部分

超声波焊接机主要由如下几个部分组成：发生器、气动部分、程序控制部分，换能器部分。

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。

气动部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。

程序控制部分控制整部机器的工作流程，做到一致的加工效果。

换能器部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．换能器部分由三部分组成：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。

超聲波焊接原理

超聲波焊接是熔接熱塑性塑料技制品的高科技技術，各種熱塑性膠件均可使用超聲波焊接處理，而不需加溶劑，粘接劑或其他輔助品，其優點是增加多倍生產率，降低成本，提高產品質量。

超聲波塑膠焊接原理:由發生器產生20KHZ，（或15KHZ）的高壓，高頻信號，通過換能系統，把信號轉換為高頻機械振動，加于塑料制品工件上，通過工作表面及內在分子間的磨擦而使傳導到接口的溫度升高，當溫度達到此工件本身的熔點時，使工件焊接口迅速溶化，繼而填充于接口間的空隙，當振動停止，工件同時在一定的壓力下冷卻定型，便達成完美的焊接。

超聲波技術原理

超聲波塑料焊機技術先進前景廣闊

當代社會，塑料的各種制品，已滲透到人們日常生活的各個領域，同時也被廣泛應用到航空、船舶、汽車、電器、包裝、玩具、電子、紡織等行業。然而，由于注塑工藝等因素的限制，在相當一部分形狀復雜的塑料制品不能一次注塑成型，這就需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝又相當落后，不僅效率低，且粘接劑還有一定的毒性，引起環境污染和勞動保護等問題。傳統的這種工藝已不能適用現代塑料工業的發展需要，于是一種新穎的塑料加工技術——超聲波塑料焊接以其高效、優質、美觀、節能等優越性脫穎而出。

超聲波塑料焊接機在焊接塑料制品時，即不要填加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強度高、生產效率高等優點。因此，超聲波焊接技術越來越廣泛地獲得應用。

一、 超聲波塑料焊接機的工作原理。

當超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互用有個適宜值，能量超過適宜值時，塑料的熔解量就大，焊接物易變形；若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能達大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。

锡焊焊接原理及焊接技术

1.锡焊材料与工具

（1）锡焊钎料

锡焊钎料俗称焊锡(钎料)，它是以锡和铅为主体的一种合金，呈白色，锡含量越高流动性越好，熔点低。含铅量高者强度高、硬度大。由于锡铅含量不一样，其熔点大致在180℃－280℃之间，可以焊接钢、铁、铜等机件及电工仪器、工具。含铅量超过10％的焊锡，不能用于饮食器皿的焊接，因为含铅量大时易引起人身中毒。

常用焊锡牌号：

牌号 用途

料600 用于无线电，电器开关等零件，易熔金属制品。

料601 用于钎焊铜及铜合金，镀锌铁皮，强度不高的零件。

料602 用于钎焊散热器，仪表，无线电元件等。

料603 用于钎焊散热器，仪表，无线电元件等。

料604 可钎焊大多数钢材及其他金属，特别是食品器皿等。

锡铅焊料的牌号不同，含锡含铅量也各不相同，用途也有区别，汽车钣金工焊工常用的锡铅焊料的含锡量在30％～40％之间，在选用时应加以鉴别，含锡越多，色亮越白；反之，色青白。一般含锡较多的焊料，在弯曲时，可以听到清脆而细碎的声响。

（2）锡焊用钎剂(焊剂)

①盐酸是氯化氢化合物。浓盐酸在空气中产生刺鼻的烟雾，浓盐酸加水五分之二稀释，可以作为焊接镀锌铁板的焊剂。

②氯化锌溶液，也称为熟盐酸、热强水。是锡焊常用的一种焊剂，其配制方法是：把盐酸装人玻璃瓶内(不能用金属器皿)，加入锌块(汽车废旧的雨刮器，汽化器，也可以用镀锌铁板剪成小块)，直至化学反应不冒泡为止。焊接铜类零件时，氯化锌溶液再加入50％的清水后使用，焊接钢类零件也应加入30％的清水冲淡再用。

③松香比上两种焊剂使用效果稍差。可以把松香研成粉状散在焊缝上使用，精密零件焊接可用酒精溶解松香使用。

④焊药膏由74％的石油胶，20％的无水氧化锌，5％的氯化铵及1％的水组成。焊药膏有腐蚀性，在焊接完成后，应将焊缝周围的残余焊药膏擦净，并用清水擦拭。

（3）锡焊的加热设备与工具

①锡焊加热设备

超声波焊接原理

超声波熔接是一种高科技，一切热溶性塑料制品皆可应用。而不需加溶剂，粘接剂或其它辅助品。其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量及安全生产。

超声波塑胶焊接原理是由发生器产生的高压、高频信号、通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工件表面及内在分子间的摩擦而使传送到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接效果。

超声波焊接与塑料特性

材 料 塑料熔接特性 材 料 塑料熔接特性

ABC

丙烯晴丁二烯

苯艺烯共聚物 质轻，兼具轫性，刚性与耐化学品性，用途广泛，此材质导热性佳，特别适合超声波溶接。 General purposeps

一般聚苯乙烯

比重轻，对水及化学物之抗蚀性强，安定、绝缘性佳，特别适合于射出及押出成形，常用于玩具

、装饰品、盂洗设备、磐

子、透镜、浮动轮等的制

造。由于弹强性系数高，

适合超声波熔接。 Acrylics压克力 硬度大、耐重击、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、义表板、奖章、水

龙头把手等。用于超声波溶接时，须

注意衰明度问题。 Impact ps

耐重击聚苯乙烯

Acetal 缩 醛 抗张及耐压强度高，耐磨性佳，

最具强轫及强性，常用作接练、螺丝

、轴承、滚筒、厨房用具等，因磨系

数低，用超声波熔接时需高振动幅度

及较长的熔接时间。 20-30% glass

Filled PS

玻织强化聚苯乙烯

Celluloeics

酯酸织维性物质 超声波振动时材质易变化变色，

接触面不易吸收能量，熔接较困难。 Unmodified PP

聚丙烯 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

成绳纲等织品。制品有玩

具、行李箱、音乐外壳、