（機械工程專業(yè)論文）超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用.pdf

超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 中文摘要 摘要 本文在簡介液晶顯示原理、背光源作用及燈管壓條結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 分析了燈管壓條的現(xiàn)有加工工藝及其缺陷，提出了背光源塑膠件的超音 波焊接課題。 針對塑膠件超音波焊接，介紹了超音波焊接的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用領(lǐng)域 及焊接形式，分析了不同種類塑料的超音波焊接的可焊性，并根據(jù)粘彈 性力學(xué)的原理及超音波塑料焊接的簡化模型，由塑料的復(fù)模量導(dǎo)出了塑 膠超音波焊接過程中的能量形式轉(zhuǎn)換的公式。 分析了超音波焊接界面的設(shè)計原則及其對焊接質(zhì)量的影響，對燈管 壓條的原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計變更，在燈管壓條的白色反光片上設(shè) 計了三條導(dǎo)能肋，在燈管壓條黑色基體的相應(yīng)位置設(shè)置了三條焊接槽； 根據(jù)超音波焊接機理確定了導(dǎo)能肋焊接槽的形狀及尺寸，并通過實驗驗 證了焊接界面設(shè)計的可行性和合理性。 介紹了本課題實際使用的超音波焊接機的結(jié)構(gòu)、操作規(guī)程及加工準(zhǔn) 備要求；分析了焊接時間、焊接壓力和焊接保壓時間三個參數(shù)的影響， 并根據(jù)前述的超音波焊接機理及其能量轉(zhuǎn)換公式，確定了上述三參數(shù)的 合理取值區(qū)間。 對背光源塑膠件進(jìn)行了超音波焊接試生產(chǎn)，分析并解決了試生產(chǎn)中 出現(xiàn)的問題；目前，超音波焊接背光源塑膠件已成功量產(chǎn)，獲得了合格 率提高、產(chǎn)能提升、設(shè)備費用節(jié)省的良好效果。 關(guān)鍵字：超音波；焊接；塑膠件；液晶顯示器；燈管壓條 作者：惠艷萍 指導(dǎo)老師：錢志良 英文摘要超膏波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 a b s t r a c t t h i sa r t i c l em a i n l ya n a l y z et h ee x is t i n gl a m pb l o c kp r o c e s sa n di t s s h o r t c o m i n g sb a s e do nt h ei n t r o d u c t i o no ft h ep r i n c i p l eo fl i q u i dc r y s t a l d i s p l a y ，t h er o l eo fb a c k l i g h ta n ds t r u c t u r eo fl a m pb l o c k a n df u r t h e rp u t f o r w a r dt h es u b j e c to fu l t r a s o n i cp l a s t i cw e l d i n g f o ru l t r a s o n i cp l a s t i cw e l d i n g t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n t o fu l t r a s o n i cw e l d i n g ，a p p l i c a t i o na r e a sa n dw e l d i n gf o r m s i ta n a l y z e st h e u l t r a s o n i cs o l d e r a b i l i t yo fd i f f e r e n tt y p e so fp l a s t i c sa sw e l l f u r t h e rm o r e t h et h e o r yo fe n e r g yc o n v e r s i o nf o ru l t r a s o n i cp l a s t i cw e l d i n gi ss t u d i e da n d t h ee n e r g yc o n v e r s i o nf o r m u l ai si n f e r r e do nt h eb a s i so fv i s c o e l a s t i c m e c h a n i c st h e o r ya n ds i m p l i f i e dm o d e lo fu l t r a s o n i cp l a s t i cw e l d i n g t h el a m pb l o c kn e e d st om a k es o m ed e s i g nc h a n g ea f t e rt h ea n a l y s i so f t h ed e s i g np r i n c i p l e so fu l t r a s o n i cw e l d i n gi n t e r f a c ea n dw e l d i n gq u a l i t y i n f l u e n c i n gf a c t o r s t h r e er i b sw h i c hc a ng u i d ee n e r g ya r el a i do nt h ew h i t e r e f l e c t o rs h e e t ；a c c o r d i n g l y t h r e eg r o o v e sa r ed e s i g n e do nt h eb l a c kp a r t w ef u r t h e rd e c i d et h ef i g u r ea n dd i m e n s i o no ft h er i b sa n dg r o o v e so nt h e b a s i so fu l t r a s o n i cw e l d i n gp r i n c i p l e 。a n di t sf e a s i b i l i t ya n ds u i t a b i l i t ya r e v e r i f i e db yt h ew e l d i n ge x p e r i m e n t i nt h i sa r t i c l e - t h ew e l d i n gm a c h i n es t r u c t u r e 、o p e r a t i o ni n s t r u c t i o n a n dp r o c e s s p r e p a r a t i o n i t e m sw h i c ha r eu t i l i z e df o rt h et o p i ca r e i n t r o d u c e d t h ea n a l y s i sr e s u l ts h o w st h a ta l lo fw e l d i n gt i m e 、w e l d i n g p r e s s u r ea n dk e e pt i m eh a v ei n f l u e n c eo nt h ew e l d i n gq u a l i t y a n dt h et h r e e p a r a m e t e r s a r ed e f i n e dt h er a n g eb yt h eu l t r a s o n i cw e l d i n gt h e o r ya n d e n e r g yc o n v e r s i o nf o r m u l af i g u r e do u ti np r e v i o u sc h a p t e r t h eb a c k l i g h tp l a s t i cp a r t sh a v eh a dat r yr u no nt h ew e l d i n gm a c h i n e a n dt h ep r o b l e m sf o u n dd u r i n gt h et r yr u nh a v eb e e na n a l y z e da n ds o l v e d t i l ln o w ，t h eu l t r a s o n i cp l a s t i cw e l d i n gp r o c e s sh a v e s u c c e e di nm a s s p r o d u c t i o nt o o i th a sb r o u g h tag r e a tb e n e f i t s 。s u c ha sb e t t e ry i e l d 、h ig h e r c a p a c i t ya n dl o w e rc o s to fe q u i p m e n t s k e yw o r d s lu l t r a s o n i c ，p l a s t i cw e l d i n g ，l i q u i d c r y s t a ld i s p l a y ，l a m p b l o c k w r i t t e n b y ：y a n p i n gh u i s u p e r v i s e db y ：z h i l i a n gq i a n 蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)的聲明 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn) 行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含 其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得蘇州大學(xué) 或其它教育機構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢 獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律 責(zé)任。 研究生簽名： 蹇主綹日期：2 ：z ：竺 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 蘇州大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、清華大學(xué)論文 合作部、中國社科院文獻(xiàn)信息情報中心有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的 復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本 人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文 外，允許論文被查閱和借閱，可以公布( 包括刊登) 論文的全部或部分 內(nèi)容。論文的公布( 包括刊登) 授權(quán)蘇州大學(xué)學(xué)位辦辦理。 期：鯊z ：篁：必 期：衛(wèi)緝班 超昔被焊接在背光彈塑膠件中的應(yīng)用 第一章緒論 第一章緒論 1 1 液晶顯示及塑件應(yīng)用 與傳統(tǒng)的c r t 對比，液晶電視有重量輕，體積小，耗能少，低噪音， 高清晰度等優(yōu)點，并且伴隨著技術(shù)成熟，成本降低，價格日趨平民化， 產(chǎn)品應(yīng)用日益廣泛。 液晶電視的制造帶動了一系列周邊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如光學(xué)元件，薄膜 產(chǎn)品，鈑金模具，塑膠產(chǎn)業(yè)等。本課題的背景，就是針對液晶電視顯示 囂中應(yīng)用的塑膠產(chǎn)品的二次加工工藝的改善，進(jìn)行專案研究。 1 1 1 液晶顯示的發(fā)展 在液晶電視機已經(jīng)蓬勃發(fā)展的今天，“液晶”已經(jīng)是一項非常具有“歷 史”的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，i8 8 8 年，奧地利植物學(xué)者弗萊契萊尼茲( f r i e dr i c h r e i n i t z e r ) 在膽固醇研究中發(fā)現(xiàn)了液晶現(xiàn)象，l9 6 0 年代，美國正式進(jìn)行液 晶顯示研究，19 7 0 年代，日本推出了第一臺采用液晶顯示技術(shù)的計算機， 此后，很多國家開始進(jìn)入液晶顯示的研究與制造領(lǐng)域。 目前，c r t 顯示器己逐步淘汰，液晶電視( l c dt v ) 的需求正在穩(wěn) 步上升。液晶電視外觀如圖1 - 1 所示，包括液晶顯示屏、外殼、支架、 音箱及相關(guān)電訊號接口等，其中液晶顯示屏是液晶電視最主要的器件， 對液晶顯示屏的分析研究顯得尤為重要。 墾姍 圖1 - 1 頓晶電視 1 1 2 液晶( l c d ) 顯示屏的結(jié)構(gòu) 圖1 2 為液晶( l c d ) 顯示屏的功能結(jié)構(gòu)圖，從左到右依次為上偏光片、 上玻璃、彩色濾光片、上電極、液晶層、t f t a r a y 、下玻璃、下偏光片 和背光源。 液晶顯示是通過玻璃上制作t f t 等線路，使用電訊號來控制液晶分 子的扭轉(zhuǎn)方向及角度，從而控制光的通過，得到電訊號傳遞的畫面。液 晶是被動發(fā)光元件，本身并不發(fā)光，需要背光源提供光才能實現(xiàn)顯示。 * 緯論嗇濁焊接在背光源脞件中們m 用 圈i 2 液晶顯示屏的功能結(jié)構(gòu)圖 罔卜3 是實盼、澉品電視模組的結(jié)構(gòu)炸開圖。由圖可見，液晶顯示模 自【豐要m 以f 六部分組成：鐵框( f r o n tb e z e l ) 、液晶面板組( l c d c e l l ) 、背光源模組( b a c kl i g h tu n i t ，簡稱b l u ) 、p c b 電蹄板遮蔽盞 ( c o n t r o ls h i e l d i n g ) p c b 電路扳( c o n t r o lp c b ) 螺釘。 圈l 3 瘦晶顯示橫鮞結(jié)構(gòu)炸開幽 1 1 3 液晶電視的背光源 由于液晶不會主動發(fā)光需要背光源提供光源才能顯示畫面，所以， 背光源橫組是液晶電視必型組成部分。 圈1 4 為液晶電視背光源的示意圖。由圖1 4 ( a ) 可見背光源是 個 組合體，其組合方式是；在金屬底板的基礎(chǔ)上，放入燈管若干支，四邊 超音被焊掛在背光塑膠件中的應(yīng)用 一章緒論 是黑色塑膠框，左右側(cè)膠框側(cè)邊部分會使用白色的高反射塑料反射燈管 的光線，如圖1 4 ( b ) 所示，左、右側(cè)黑色塑膠與白色高反射塑膠的結(jié)合 件稱為“燈管壓條”。圖1 - 4 ( c ) 為背光源剖視圖，左、右側(cè)紅色為反射光線 需要的燈管壓條，燈管上部覆蓋擴散板及若干光學(xué)膜片，起到霧化燈管 影子、提升正面亮度的作用，| 三【獲得液晶電視所需要的背光源亮度和霧 度。 若十光學(xué)膜 fc 1目管 圖1 - 4 背光源模組示意圖 1 1 4 塑膠件在背光源中的應(yīng)用 擴散板 圖15 塑膠制作的p c b 電路板遮蔽板 隨著近幾年液晶顯示的快速發(fā)展與普及，受強烈的成本降低、產(chǎn)品 大型化和輕薄化的需求刺激，很多零件在可靠度允許的情況下，更多地 采用塑膠元件。比如用于保護(hù)p c b 電路扳用的遮蔽蓋，在t f t l c d 制 一3 - 第章緒論增被焊接在荷光姆塑脞件中的m 用 造壩域內(nèi)三、五年前普遍使用金屬不銹鋼材料或者鋁制品，但是在降 低成本及輕游需求驅(qū)使下近兩年來逐漸由金屬件改為塑膠件使用p c 加玻璃纖維的原料進(jìn)行射出成型，用作p c b 電路板的遮蔽扳，如圖1 5 所示，微果理想同時成本降低，并進(jìn)一步堿輕產(chǎn)品重量。 塑料元件在液晶顯示器內(nèi)已經(jīng)變得非常普遍和重要，背光源模組中 塑膠攝大的應(yīng)用是黑色塑膠框鼓燈管壓條，川于起固定光學(xué)膜片井支撐 液晶玻璃砸 板的作用。如圖i 6 所示，兩條短邊是燈管壓條，兩條長邊 為塑膠框。 削1 6 塑膠梃及州瞥壓條 在t f t l c d 制造領(lǐng)域內(nèi)，在對塑膠制品的原料及特性進(jìn)行持續(xù)關(guān)注 及改進(jìn)的同時，對于制作方法、結(jié)構(gòu)議計、質(zhì)量及成本的綜合改進(jìn)也h 益被重視。本文主要是針對燈管壓條的二次加工技術(shù)改進(jìn)，即塑膠件的 二次加 一方法進(jìn)行研究。 1 2 本課題的研究背景 本課題來源于液晶顯示器背光源內(nèi)部塑膠件的制造方式改造項目 潑技術(shù)已經(jīng)由友達(dá)光電有限公司申請相關(guān)專利，井己取得某些應(yīng)用上的 專利權(quán)。 一 圖】7 燈管壓條 2 音被焊接在背光镕塑肢件中m 用# 一章緒論 在背光源內(nèi)部會有高反射率的白色塑膠件，用于支撐內(nèi)部構(gòu)件及反 光，如燈管支撐架、燈管壓條。在塑膠件中，燈管壓條因為內(nèi)側(cè)有反射 光線的需求，所以其內(nèi)側(cè)材料為白色高反射材料，外側(cè)為黑色塑料( 圖 1 7 所示) 。在制造這種結(jié)構(gòu)的燈管壓條過程中，需要對黑、白兩塑料件 進(jìn)行二次接合加工。 1 2 1 現(xiàn)有的接合方式及其缺點 目前，燈管壓條使用的接臺方式，主要有以下幾種】： a 反射片背面滁脧后貼附于燈管槊上、即人工貼臺，如圖1 8 所示。 此種方法的缺點是貼合加工成本高，需要花費額外的人力；且貼合對位 不易，容易貼附偏移，影響質(zhì)量；膠失效的風(fēng)險會導(dǎo)致反射片脫落，增 加額外的產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險?；谏鲜鲈?，此加工方式己經(jīng)逐步被淘汰。 b 同一模具中先射出黑色腰框再射出白色反射片，即雙色射出成彤， 如圖1 9 。此種方法受以下缺點制約應(yīng)用較少射出成形周期長，產(chǎn)能比 較低；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開模時間長，模具費用也非常高：另外需要有取 色射出的專用機臺，購買該設(shè)備費用非常高，目前的廠商擁有這種設(shè)各 的較少。 積色射出成形還有一個最重要的問題：量產(chǎn)中射出成形的臺格率僅 約85 9 0 ，遠(yuǎn)低于一般射出成形臺格率水準(zhǔn)，造成單位成本較高，不 利于產(chǎn)品成本的降低。 圖1 - 8 人工貼臺圖圖1 9 積色射出 c 先射出白色反射片再放置到膠框模具中作二次成形，即模內(nèi)加工射 出成形，如圖1 一lo 。目前，燈管壓條制造廠商普遍采用這種方法，但其 同樣有一些缺點：首先，射出成形周期較妊，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜費用高；其 次因為要先射出成形白色反射片，再將白反射片放置到膠框模具中，射出 成形黑框部分，將白反射片包附成形，所以存在白色反射片放置到膠框 模具中時定位困難，需耗費較長的反射片放置操作時間，影響產(chǎn)品的生 產(chǎn)效率，若白色反射片未準(zhǔn)確定位的情況下模具就臺模，還可能出現(xiàn)夾 模的生產(chǎn)故障。 5 第一章鼎論超嗇城焊接在背光楫地腔件中的應(yīng)川 d 使用全白色具有反射功能的p c 塑料直接射出成形如圖1 - 1 1 所 示。這種方法的最大缺點是會導(dǎo)致整組腔框成本升高( 約3 0 ) ，其原因 之一是白色高反射p c 原料的價格較高，另外還需要制作整組的黑色腔框 來進(jìn)行遮光故使用該結(jié)構(gòu)不符合降低成本的發(fā)展趨勢。 圈1 1 0 模內(nèi)加工射出成形圈 1 2 2 燈管壓條加工的改進(jìn)方向 基于上述的一些問題在液晶電視顯示屏制造領(lǐng)域內(nèi)，持續(xù)尋求一 種技術(shù)的改進(jìn)與突破可以較好地平衡質(zhì)量、產(chǎn)量及成本等受求。 改善方向一：更改目前的塑料制品的二次加工方式，超音波焊接是 值得嘗試的一種技術(shù)雖然以前從未在背光源塑料制品上采用超音波焊 接技術(shù)但作為一種加工技術(shù)已經(jīng)發(fā)腮得比較成批，有很多專業(yè)的廠商 可以提供技術(shù)支持； 改善方向二：在燈管壓條有反射光線婪求的地方噴涂高反射的白色 涂層。但該材料必須滿足光線反射率9 5 以上，抗u v 黃化的能力強， 且要滿足目前高反射p c 所達(dá)到的阻燃等級其成分要符合歐盟r o h s 的最新環(huán)保指令目前需要時間才能找到臺適的材料另外還要進(jìn)行新 材料和新制程的整套性實驗認(rèn)證，包括從未用過的涂布方法過程會相 當(dāng)長。 基于上進(jìn)因素，針對改善方向一進(jìn)行深入研究和實驗，可行性好且 容易獲得比較理想的改進(jìn)成果。 1 3 塑料及超音波焊接 1 3 1 塑料制品的發(fā)晨 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料已經(jīng)成為許多領(lǐng)域必不可少的材料，用 具有重量輕、摩擦阻力小、導(dǎo)熱導(dǎo)電性能低等卓越優(yōu)點的塑料及其復(fù)臺 材料取代金屬材料制作結(jié)構(gòu)件已經(jīng)成為趨勢。塑料及其復(fù)合材料制成的 零件成產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電氣工業(yè)、建筑、航天航空、汽車、玩具、日 常用品、醫(yī)學(xué)、工業(yè)設(shè)備辱行業(yè)如；在汽車制造中，目前每輛汽車平 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用第一章緒論 均要使用lo o 公斤以上的塑料，而且塑料用量還在逐年增加；在人造衛(wèi) 星和宇宙飛船中，塑料占其總體機構(gòu)的一半1 2 】。如今，塑料的應(yīng)用普及 程度已非常高，塑料已成為推動社會生產(chǎn)力發(fā)展的重要材料。 在現(xiàn)代生活中，液晶顯示器正在迅速普及，如懸掛在客廳墻上的電 視，放置在公共場合的觸摸屏，自助式柜員機，導(dǎo)航設(shè)備的顯示屏幕等， 同時，因液晶顯示器輕薄價廉的需求，其內(nèi)部的金屬材料用量日趨下降， 塑料用量越來越大。 塑料可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料同熱固 性塑料相比，具有韌性好、易加工、高溫性能好、耐一般化學(xué)溶劑溶解、 壽命長且可重復(fù)使用等一系列優(yōu)點【3 】。先進(jìn)的熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)在各 行各業(yè)中廣泛應(yīng)用，且有越來越廣闊的應(yīng)用前景。在液晶顯示器背光源 中的塑膠制品主要使用的是高反射的p c 原料，以及黑色的p c 摻玻璃纖 維混合原料，主要應(yīng)用于塑膠框及燈管壓條。 由于大多數(shù)塑料制品都是模制品，其尺寸及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度受到模具 的尺寸和結(jié)構(gòu)的制約，對于大型復(fù)雜的熱塑性塑料零件，最經(jīng)濟有效的 生產(chǎn)方法通常是先注塑出若干個尺寸較小的零件，再把多個零件連接在 一起，因此出現(xiàn)了各種各樣的塑料件連接方法，即二次加工方法。塑料 件的快速和可靠連接方法已成為探尋與研究的熱點。 工程上常用的熱塑性塑料及其復(fù)合材料的連接方法主要有粘接、熔 接和焊接。塑料的焊接方法又有熱氣焊、熱板焊、振動焊和超音波焊等 多種，而且一些新的焊接方法正在快速發(fā)展中，如微波焊接1 4 】、紅外線 焊接【5 1 、激光焊接【6 】和利用聚焦的太陽能進(jìn)行焊接1 7 - 9 】等。其中超音波焊 接以焊接效率高、熱輸出量能夠精確控制、通常不需要填充焊料、易于 實現(xiàn)自動化以及焊接質(zhì)量好等優(yōu)點，成為熱塑性塑料及其復(fù)合材料的理 想連接方法【l0 1 。薄膜電晶體液晶顯示屏制造廠商友達(dá)光電首先嘗試了將 超音波焊接應(yīng)用于背光源模組的塑料件生產(chǎn)，并實現(xiàn)了成功量產(chǎn)。 1 3 2 塑料超音波焊接的發(fā)展 塑料超音波焊接技術(shù)于l9 5 6 年由美國瓊斯等人提出，在上世紀(jì)6 0 年代，美國、瑞士、日本、英國、西德以及蘇聯(lián)等國便開始研究這種焊 接技術(shù)并開始投入實際應(yīng)用。因為塑料的焊接需要較大的功率，而且直 至近二、三十多年塑料才大量應(yīng)用于實際工程和日常生活，所以只是近 十幾年來，隨著基礎(chǔ)電子工業(yè)的發(fā)展以及大功率換能器的研制成功，超 音波塑料焊接才逐漸發(fā)展起來【i l q3 1 。 7 第一牽緒論超音波焊接在背光源漿膠件中的應(yīng)用 超聲波塑料焊接，也稱超音波塑膠熔接，臺灣地區(qū)多采用“超音波”、 “熔接”和“塑膠”的說法，大陸地區(qū)多稱“超聲波 、“焊接”和“塑料”，其表 達(dá)含義相同，本文采用“塑膠超音波焊接”的說法 超音波焊接裝置是機電一體化的焊接裝置，主要由超音波發(fā)生器、 控制電路系統(tǒng)、聲能系統(tǒng)( 換能器、變幅桿、焊頭) 以及傳動系統(tǒng)等組成， 結(jié)構(gòu)如圖1 1l 所示1 1 。 超產(chǎn)波攝 頭及焊曩 被焊捌搴i 搏具底座 。r 。 盧舉系統(tǒng) 圈l - 11 超膏波焊接機器結(jié)構(gòu) 超音波發(fā)生器將5 0 h z 的工頻電流轉(zhuǎn)化成( 2 0 5 0 ) k h z 或其他頻率的 超音頻電流，用以激勵聲學(xué)系統(tǒng)l 聲學(xué)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化成同頻率的機械振 動，然后經(jīng)過振動系統(tǒng)變幅桿及焊頭將振幅放大到l5 6 0 u r n 通常在壓力 的作用下，經(jīng)過0 5 1 5s 的焊接時間后塑膠件的焊縫處得到超音頻的機 械能超音振動導(dǎo)致焊接表面凹凸交變變形，這種微觀不平通過塑膠分子 間的摩擦將振動轉(zhuǎn)化為熱能，并熔化這些凹凸點，使之流動并形成一定厚 度的融化層，經(jīng)過一定的保壓時間，熔化層形成焊接接頭 15 - 1 6 】 塑膠超音波焊接適合焊接熱塑性塑料，該材料在熱的作用下可產(chǎn)生 塑性變形，并可經(jīng)過較短時間的冷卻重新恢復(fù)固態(tài)熱固性塑料工件不 會因高溫和壓力的作用而產(chǎn)生變形所以無法進(jìn)行超音波焊接熱塑性 塑料的焊接最初采用的是高頻塑料焊接( h f ) 方法，此種方法速度、功率 均能令人滿意但是因為可焊性的原因，聚丙烯等多種材料并不適合采 用此種方法1 1 7 】 為了適應(yīng)各種性質(zhì)不同、形式不同的材料，塑膠超音波焊接機的功 率從幾百瓦到幾十千瓦，換能器和變幅桿的形狀結(jié)構(gòu)也各不相同，研究 的方法也各有千秋【l s l 超音波焊接的種類分為點焊、環(huán)焊、縫焊及線焊，也可以按照焊頭 接觸面到接頭的距離分為遠(yuǎn)程焊和近程焊近程焊是指塑件接口部分與 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用第一章緒論 電極臂端部的距離在6 m m 以內(nèi)，超過此距離的焊接稱為遠(yuǎn)程焊接【l9 1 。非 結(jié)晶性硬質(zhì)塑料，如p v c 、p s 、a b s 和p m m a 等，通常對超音波能量具 有良好的透射率，高頻振動能經(jīng)過較長的距離傳輸?shù)浇涌趨^(qū)域，使材料 發(fā)熱熔化，互相滲透而牢固結(jié)合，因此這些材料在近程或遠(yuǎn)程均具有良 好的焊接性能。而半結(jié)晶性塑料具有較強的消聲作用，高頻振動在p a ( 尼 龍) 、p p ( 聚丙烯) 、p e ( 聚乙烯) 和p o m ( 聚甲醛) 等半結(jié)晶性塑料中傳輸 時，超音波能量衰減很快，因此半結(jié)晶性塑料只適合于近程焊接。彈性 及軟質(zhì)塑料具有更強的吸音作用，對它們進(jìn)行超音波焊接不是很有效。 由于塑膠超音波焊接應(yīng)用的范圍不斷擴展，為了解決許多聲發(fā)射特 性較差的材料的焊接問題，許多新型的振動模式得到了發(fā)展，如扭曲【2 0 1 、 橫向、縱向橫向、扭曲縱向、扭曲橫向等振動模式 2 1 - 26 1 。 日本學(xué)者j i r o m a r u 和t s u j i n o 等設(shè)計了一種復(fù)雜的塑膠超音波焊接系 統(tǒng)，它由一個9 0 k h z 的振動系統(tǒng)和一個2 7 k h z 的振動系統(tǒng)組成，而這兩 個系統(tǒng)又有三種組合方式。他們認(rèn)為使用高于2 7 k h z 或4 0 k h z 的超音波 頻率時，因為超音波振動可以被材料更多的吸收，所以得到較高的焊接 質(zhì)量 2 7 2 8 。 本課題研究燈管壓條表面白色反光片與黑色襯底框架的結(jié)合面的粘 合問題，所需的超音波能量較小，公司和臺灣廠商“一源超音波機械股份 有限公司”合作開發(fā)，由廠商“一源”按照焊接需求設(shè)計并提供焊接機臺供 實驗使用。 1 3 3 塑膠超音波焊接的優(yōu)點 圖1 12 為塑膠超音波焊接示意圖，使用超音波焊接具有如下優(yōu)點： 黿 源 圖1 12 超音波焊接示意圖 9 - 第一竄螭論超音波焊接在背光源塑j j 文件中的應(yīng)用 a 超音波熱熔只作用于接合界面，無需擔(dān)心待焊品其他部分的變形、 變質(zhì)及尺寸偏差等問題； b 接合界面若有水等異物存在，熔接過程中會自動震開： c 熔接時間短，作業(yè)簡易，生產(chǎn)效率高。 d 意外的收獲是t 因為老鼠怕高頻音波，作業(yè)空間無鼠干擾 進(jìn)行超音波焊接技術(shù)改進(jìn)燈管壓條的制作，節(jié)省工時經(jīng)初步評估 可以提高5 0 的產(chǎn)能，提升廠商備料的靈活性預(yù)計成本可以按照實際 合格率不同而有不同程度的降低，并且能以現(xiàn)有的射出機臺搭配專用焊 接機臺【2 9 】實現(xiàn)燈管壓條的高效生產(chǎn) 綜合以上優(yōu)點，分析得出t 超音波焊接技術(shù)導(dǎo)入背光源塑膠件生產(chǎn) 是可行的 1 4 本課題的研究內(nèi)容 本課題的研究內(nèi)容是， 1 ) 在介紹t f t l c d 液晶電視內(nèi)部結(jié)構(gòu)、背光源內(nèi)部塑膠件的結(jié)構(gòu) 及作用的基礎(chǔ)上，分析并討論了背光源內(nèi)部塑膠件現(xiàn)有加工工藝的缺陷， 提出了塑膠件超音波焊接的解決方案 2 ) 基于熱傳導(dǎo)的基本理論和粘彈性動力學(xué)導(dǎo)出了接頭處在超音波 作用下的應(yīng)力響應(yīng)公式、以及單位時間內(nèi)單位體積的平均耗散能量，為 后續(xù)的背光源內(nèi)部塑膠件的超音波焊接提供了理論依據(jù) 3 ) 探討超音波焊接技術(shù)的原理及焊接形式，針對超音波焊接界面設(shè) 計原則和注意事項，對背光源塑膠件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計變更 4 ) 進(jìn)行背光源塑膠件焊接的準(zhǔn)備工作，并進(jìn)行塑膠件焊接的實驗驗 證根據(jù)實驗結(jié)果，確定了切實可行的焊接工藝，獲得了質(zhì)量合格的焊 接塑膠件，并已實際量產(chǎn)，取得了良好的效果 1 5 本章小結(jié) 本章主要介紹了液晶電視和背光源內(nèi)部塑膠件的結(jié)構(gòu)。針對塑膠件 結(jié)構(gòu)及其在背光源內(nèi)的作用、以及目前制作塑膠件燈管壓條過程中遇到 的問題，提出了采用超音波焊接技術(shù)的改進(jìn)方案 簡要介紹了超音波焊接的發(fā)展情況及優(yōu)點，分析了超音波焊接用于 燈管壓條二次加工的可行性，并給出了本課題的主要研究內(nèi)容 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用第二章塑膠件超音波焊接 第二章塑膠件超音波焊接 2 1 超音波焊接技術(shù) 2 1 1 超音波的定義 超音波是指高于人類聽覺所能接受頻率范圍的音波，人類聽覺能力 在2 0 h z , - 一2 0 k h z 之間：因此一般來說，凡是頻率高于2 0 k h z 以上的音 波就稱為超音波。但在工業(yè)應(yīng)用中，為了適應(yīng)特殊的工藝需求，音波頻 率有低于10 k h z 的( 如超音波烘干機) 、15 k h z 的( 如塑膠超音波焊接 機) ，這些習(xí)慣上也稱為超音波。超音波的頻率上限通常是l0 0 k h z 以內(nèi)， 但在非破壞用的醫(yī)療檢查系統(tǒng)中也有高達(dá)5 0 0 0 k h z 的。總而言之，工業(yè) 上通常把能產(chǎn)生和利用在各種不同介質(zhì)中傳導(dǎo)，隨著各種不同介質(zhì)的特 性差別產(chǎn)生各種不同功能與效用的波動，統(tǒng)稱為超音波。 2 。1 2 塑膠超音波焊接原理與特點 最初塑膠件的接合加工方法是使用強力膠或其它溶劑進(jìn)行粘合，但 使用這種方法，產(chǎn)品不合格率較高、產(chǎn)品美觀度低，且會影響操作人員 的身體健康。超音波技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，為塑膠件的接合加工提供了更 好的解決方案。 超音波焊接的原理：將音波籍焊模( h o r n ) 傳遞到塑膠加工物上， 以每秒15 30 k h z ，振幅為4 5 u m 左右的振動，再經(jīng)過固定的增幅桿 和可換增幅工具頭放大，在兩片塑膠件接合面上產(chǎn)生2 0 - , 30 u m 左右的高 頻振動。這樣在金屬工具焊頭的端面瞬時最大速度可達(dá)4 m s ，這種高頻 捶擊作用到塑膠表面上，在應(yīng)力高的地方發(fā)生強烈的摩擦熱，使界面熔 化了的塑膠粘接在一起，從而實現(xiàn)焊接。常用的塑膠超音波焊接機的功 率在10 0 w 2 0 0 0 k w ，頻率為15 3 0 k h z 。 超音波焊接的特點： ( a ) 焊接速度快，效率高，通常只需0 5 2 s ( b ) 焊接質(zhì)量好，接合強度高 ( c ) 無需加焊劑或溶劑，焊縫無污染，表面美觀 ( d ) 氣密、水密性好，可進(jìn)行壓力容器的密封焊接； ( e ) 不會有高頻焊接時發(fā)生火花的危險，安全性好； ( f ) 超音波焊接屬于機械振動方式，手觸及到金屬焊頭不會出現(xiàn)生命 1 1 第二竄數(shù)兒史件超音波焊接 超膏波焊接在背光源塑股件中的應(yīng)用 危險 ( g ) 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，維修方便 2 1 3 超音波焊接常用功能 超音波焊接不僅可以用于塑膠件的接合，還可用于將金屬件埋插于 塑膠件內(nèi)、在固定金屬或塑膠件上連接塑膠件、塑膠包覆、塑膠板點焊、 塑膠射出品的切除、塑膠袋的封口及切邊等 ( a ) 超音波焊接t 以超音波超高頻率振動的焊頭( h o r n ) ，在適度的 壓力下使兩塊塑膠件的接合面產(chǎn)生磨擦熱而瞬間熔融接合，并可達(dá)到完 全水密及氣密的效果 ( b ) 超音波鉚接將超音波超高頻率的焊頭壓著塑膠品突出的梢頭。 使其瞬間發(fā)熱熔融成為鉚釘形狀，使金屬物件被鉚覆而固定 ( c ) 超音波埋植t 以超音波超高頻率的音波振動，借著焊頭的傳導(dǎo)及 適當(dāng)?shù)膲毫λ查g將金屬零件( 如螺母、螺桿) 等擠入預(yù)留的塑膠孔內(nèi)， 并固定在設(shè)定深度完成后無論拉力、扭力均可娥美傳統(tǒng)在模具內(nèi)成型 的強度，并可免除射出受損及射出緩慢的缺點 ( d ) 超音波點焊，兩片塑膠板要熔接時，因限于熔接物的條件，無法 開設(shè)導(dǎo)熔線可用點焊熔接其原理是將超音波傳導(dǎo)至焊頭前端，從上 板穿越至下板，從而達(dá)到熔接的效果并可同時點焊數(shù)十件，提高工作 效率 ( c ) 超音波切除t 以超音波高速振動的焊頭切除射出成形的塑膠件鋒 銳的毛邊，切除射入口，使塑膠原件在瞬間脫離射出流道，不但省去人 工切除的工序，并且塑件光滑美觀適用于超音波切除的材質(zhì)有a b s 、 p s 、壓克力、p c 、塑鋼籌，太軟或富有彈性的塑膠不適合超音波切除 塑膠料剛射出還未冷卻時超音波切除效果也不佳 ( f ) 超音波成形t 與超音波鉚接類似，將凹狀的焊頭壓著于塑膠品外 圈通過焊頭的高頻率振動使塑膠熔融并包覆金屬物件，使其固定，并 且成形件外觀光滑美觀，多使用于電子類、喇叭的固定成形及化妝品類 的鏡片固定等 本文只涉及利用超音波焊接實現(xiàn)塑膠件和塑膠件的接合 2 2 塑料的分類和可焊性 塑膠材料的分類及其應(yīng)用范圍見表2 - 1 實驗表明，塑膠材料的可焊性g 主要取決于材料對超音振動的衰減 1 2 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用第二章塑膠件超音波焊接 能力及材料的彈性模量e 、熔化溫度t 、密度p 、比熱c 、摩擦系數(shù)、 導(dǎo)熱率a 等，可用下式表示： g ：k 竺旦蘭( w m 2 k )( 2 1 ) p 。c t 式中：k 一焊件形狀因子，取決于焊件的壁厚、尺寸大小及焊頭的形狀尺 寸( 是變化的參數(shù)) e 一材料的彈性模量( g n m 2 ) 一材料的摩擦系數(shù) a 一材料的導(dǎo)熱率( w m k ) p 一材料的密度( k g m 2 ) c 一材料的比熱( j k g k ) f 一材料的熔點( k ) 表2 1 塑料材料的分類及應(yīng)用 材料類別名稱 英文簡稱主要應(yīng)用 聚苯乙烯p s玩具、文具、日用品 玩具、日用品、收音機殼、 高沖擊聚苯乙烯 h l p s 電視機殼 電器用品外殼、日用品外 硬塑料丙烯晴丁二烯苯乙烯 a b s 殼、高級玩具、運動用品 ( 聚苯乙烯) 食具、日用品、透明裝飾 苯乙烯丙烯晴共聚物 s a n 品 貨品包裝、絕緣板、裝飾 發(fā)泡聚苯乙烯 e p s 板 包裝袋、購物袋、玩具、 低密度聚乙烯 l d p e 瓶、花、電線 軟塑料包裝袋、購物袋、水桶、 高密度聚乙烯h d p e ( 聚乙烯)電線、玩具 鞋底、吹氣玩具制品、包 乙烯醋酸乙烯共聚物 e v a 裝袋 p p 包裝袋、玩具、日用品、 聚丙烯 p p ( 聚丙烯) 類瓶子、洗衣機 p v c 聚氯乙烯原樹脂 p v c 軟管、硬管、窗框、地板 ( 聚氯乙烯) 類聚氯乙烯糊狀樹脂 p p r 人造皮革、洋娃娃 1 3 第二章塑膠件超音波焊接 超膏波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 裹2 1 ( 續(xù)) 透明板、裝飾品、太陽鏡 聚丙烯酸樹脂聚甲基丙烯酸脂 p m m a 片、文具、燈罩、人造曹 飾 聚甲醛樹脂 聚縮酸類p o m 玩具齒輪、滑輪、彈簧 聚氧化甲烯樹脂 拉絲、牙刷毛、齒輪、 尼龍類聚酰胺p a 電器配件、電動工具外 殼、運動用品 汽水軟瓶、錄音帶、磁 聚對苯二甲酸乙二醇脂 p e t 帶 聚醣類 聚對苯二甲酸乙丁醇脂p b t 機械部件、電器部件 裝飾品、游艇外殼、汽 不飽和酸脂 u p 車外殼 醋酸纖維素 c a 丙酸纖維素 c p 眼鏡框、工具手柄、雨 纖維素 醋酸丙酸纖維素 c a p 傘柄、靛飾品、文具 醋酸丁酸纖維素c a b 電動工具外殼、電器外 p c 類聚碳酸醣p c 殼、安全頭盔、防彈玻 璃 鞋底、椅墊、人造革、 p u 類聚氨基甲酸脂p u 油漆 環(huán)氧樹脂 環(huán)氟樹脂 e p 工模具材料、建筑材料 聚四氟乙烯 f e p 易沽護(hù)襲層、i 1 8 2 層、保 氟塑料氟化乙烯丙烯f e p 護(hù)劑、潤滑劑、耐熱部 聚六氟丙烯f e p件 硅橡膠聚硅酮橡膠 導(dǎo)電塑料、耐熱部件 酚醛樹脂酚醛樹脂p f 燈頭、電器外殼、齒輪 餐具、裝飾品、電器配 氨基樹脂 三聚氰胺甲醇樹脂 m f 件及外殼 尿醛樹脂 尿甲醛 u f 餐具、裝飾品 在通常情況下，用超音波焊接異種材料比較困難，這是因為不同材 1 4 - 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用第二章塑膠件超音波焊接 料的熔點、分子結(jié)構(gòu)不同，阻礙了材料之間的相互滲透。例如，聚碳酸 酯和尼龍焊，在界面上都熔化了，卻不會相互粘合，但也有成功的焊例， 如a b c 同丙烯晴、a bs 和p v c c ( 樹脂) 。 表2 2 為塑料材料的可焊性比較【30 1 。 表2 2 塑料材料的可焊性性能比較 直接焊傳遞焊 材料名稱注釋 ( 近焊) ( 遠(yuǎn)焊) 聚苯乙烯晶體良好良好焊接性能很好，臨界距離i2 0 m m 焊接性能好，聲學(xué)性好，但能量過多時， 聚苯乙烯良好良好 工件易從中間裂開 比標(biāo)準(zhǔn)的聚苯乙烯要求更多的能量，臨 中沖擊聚苯乙烯良好好 界距離為3 0 m m 高沖擊聚苯乙烯好一般當(dāng)有太多的丁二烯填充物時，效果較差 苯乙烯及 臨界距離4 0 m m 極好好 苯烯晴共聚物 丙烯晴丁二烯- 苯 與聚苯乙烯性能相近 極好好 乙烯( a b s ) 高沖擊a b s丁二烯使材料具有吸附性，焊頭易在支 困難不能 及防火級a b s承面上造成壓痕 注塑丙烯晴極好 一般 要求大的平焊頭，以免陷入工件 耐沖擊丙烯晴 好一般丁二烯填充性降低了可焊性 抗壓丙烯晴極壞極壞明顯出現(xiàn)損壞，不能焊 聚碳酸脂良好好要求一定的功率，臨界距離為2 0 m m 乙酰t 好一般 熔塑互相滲透，通過特定的設(shè)計焊線能 使焊縫致密防氣 尼龍好極好要求大的能量和特殊的接口。注塑或磁 化后立即焊 尼龍6 6極好 好 與尼龍不同，臨界距離10 m m ，硫化后 能改善焊合效果 玻璃填充尼龍極好一般需要很大的能量，接合非常牢固 聚丙烯 好一般 要求大功率，外形效果差，加玻璃填充 物能改善焊接性能 高密度聚乙烯好不能只限于板材、瓶、管等的焊接 - 1 5 第二章塑膠件翹膏波焊接超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 表2 2 ( 續(xù)) l 低密度聚乙烯好不能 聚乙烯鋁聚丙烯好不能可連續(xù)焊接 p p o好 有限 要求功率較大。臨界距離lo m m 聚氯乙烯好一般硬p v c 效果好 高彈性聚氯乙烯好不能只限于鉗子的焊接 2 3 塑膠超音波焊接形式 根據(jù)被焊材料的特性和零件的形狀大小以及焊線的部位等，焊接方 式可分為兩種，即近焊( 或稱直接焊) 和遠(yuǎn)焊( 或稱傳遞焊) 2 3 1 近焊( 直接焊) 所謂近焊是指焊頭距離焊合面較近，如圖2 1a 所示這種方法適宜 于超音波傳遞性不好的材料，如尼龍、聚丙烯、醋酸纖維等由于這些 材料剛性小。傳遞超音波的能力弱，音波振幅衰減很快，因此，焊頭應(yīng) 離焊合面近些 ( b )( b ) 超音波能量 - - - 圖2 近焊和遠(yuǎn)焊示意圖 近焊要求焊頭的形狀同焊合界面的形狀相適應(yīng)這種方法已經(jīng)成功 地應(yīng)用于自動包裝、自動制袋等表3 為軟質(zhì)塑料的焊接工藝參數(shù)1 30 1 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 第二章塑膠件超音波焊接 表2 3 軟質(zhì)塑料的焊接工藝參數(shù) 材料厚度壓力封口速度封口強度 ( m m ) ( n )( m m i l 1 ) 氯乙烯 o 0 319 6 2 9 42 0 良 聚乙烯 o 0 319 6 - 2 9 42 0 可 聚丙烯0 0 3 19 6 2 9 42 5 優(yōu) 聚乙烯醇o(jì) 0 3 19 6 2 9 42 0 優(yōu) 聚脂0 0 22 9 4 3 9 2 15 良 尼龍 o 0 22 9 4 3 9 22 0 良 聚賽璐玢 o 0 52 9 4 3 9 22 0 良 合成纖維 0 0 52 9 4 3 9 22 0 良 尼龍布 o 1o4 9 01o可 備注焊機功率：7 0 w ，頻率：2 8 k h z ，振幅3 0 - 3 5 _ o n 上述材料用于各種制袋、果醬、辣椒油、醬油等的包裝。 2 3 2 遠(yuǎn)焊( 傳遞焊) 在用超音波焊接硬質(zhì)塑料時，超音振動能量通過材料傳遞到遠(yuǎn)離焊 頭端面的焊合面處，使材料發(fā)熱熔化互相滲透、凝固而實現(xiàn)牢固結(jié)合。 這種方法稱為遠(yuǎn)焊，見圖2 ( b ) 表4 為遠(yuǎn)焊的適用性和技術(shù)特性。 表2 - 4 塑料的遠(yuǎn)焊特性比較 遠(yuǎn)焊特性 材料 性能說明適宜性工藝性精加工性結(jié)合強度 聚苯乙烯最適宜遠(yuǎn)焊，傳遞距好好好 好 離遠(yuǎn) 耐沖擊聚脂橡膠含量為3 0 左右 好好較好好 為宜 丙烯晴苯乙烯傳遞距離比聚苯乙烯較好較好好好 短，結(jié)合力大 聚丙烯傳遞距離在5 m m 左右，較差一般較差較好 陵合面有大的突出 1 7 第二章塑膠件超音波焊接超音波焊接在背光源魈膠件中的應(yīng)用 襲2 4 ( 續(xù)) l a b s ( 丙烯晴傳遞距離要短。應(yīng)根據(jù)較好較好好較好 丁二烯苯乙嵌含部位的形狀和產(chǎn)生 烯) 摩擦的情況調(diào)整焊接壓 力 聚碳酸脂要求有足夠的能量，傳較好較好較好好 遞距離要短。焊頭端面 振幅要大 聚縮醛比聚碳酸脂困難要有較好較好較好好 充足的能量和大的振 幅，且傳遞距離盡量短 丙烯樹脂與焊頭接觸部分會膨一般一般一般一般 脹，因此形狀應(yīng)精心 設(shè)計遁于小型件焊接 聚氯乙烯傳遞距離在5 m m 左右，一般一般一般較好 ( 硬質(zhì))與焊頭接觸部分有軟化 的傾向 醋酸纖維素與焊頭接觸部分軟化傾較差較差較楚較差 向大。接合面突出大， 用于結(jié)合強度不大和焊 后精加工件 氟化乙烯叉氯傳遞距離在5 r a m 以內(nèi)較差一般較楚較好 時，可作結(jié)含面焊。但 注意與焊頭接觸面會發(fā) 生軟化 聚乙烯比聚丙烯可焊性差較差較差 較差較差 尼龍與焊頭接觸面處會發(fā)生較差較差 較楚 較差 較大變化 遠(yuǎn)焊要求固定金屬焊頭的端面輸出頻率為2 0 k h z 左右，所以，振動 器應(yīng)采用頻率自動跟蹤方式，以保持端面振幅不低于l0 p r o 金屬焊頭的 截面形狀設(shè)計，要求有適宜的形式變化，以便獲得更大( 15 4 0 9 i n ) 的 振幅，滿足焊接要求 為使被焊產(chǎn)品的表面不留任何壓痕，金屬焊頭的端面要加工成鏡面 超音波焊接在背光源塑膠件中的應(yīng)用 第二章塑膠件超音波焊接 另外，焊接過程中，金屬焊頭表面會產(chǎn)生污垢，焊頭本身也會磨損，影 響使用壽命。 遠(yuǎn)焊工藝的成敗取決于材料對超音波振動的衰減情況，對于聚丙烯、 丙烯晴丁二烯一苯乙烯( a b s ) 、苯乙烯( s a n ) 等材料焊接效果很好， 因為，它們的剛性和彈性都很好。同樣，對于應(yīng)用于液晶顯示器內(nèi)部背 光源的聚碳酸酯( p c ) 及其摻雜物，一樣屬于硬塑料，同樣有較好的遠(yuǎn)焊 性能。 但是遠(yuǎn)焊工藝有明顯的“臨界距離”要求，超出臨界距離，對同種材 料也很難焊接。 2 4 超音波焊接能量轉(zhuǎn)換的機理 在超音波焊接過程中，接頭處能量的轉(zhuǎn)換主要是指由超音波的機械 能轉(zhuǎn)換成使塑料熔合的熱能，這種能量變化直接影響到結(jié)合面處溫度的 變化，影響到接頭的質(zhì)量。 由于超音波焊接過程的復(fù)雜性，有關(guān)焊接過程的研究還很不充分， 關(guān)于其焊接機理也有多種解釋。目前，關(guān)于塑膠超音波焊接熔合機理主 要有以下兩種觀點： 1 ) 摩擦振動機制。認(rèn)為當(dāng)超音波作用于兩焊件時，塑料質(zhì)點會被超 音波激發(fā)而引起連續(xù)交替的受壓和解壓，以至焊件接觸表面因振動而產(chǎn) 生摩擦，振動頻率就是超音波的頻率。此時，機械功轉(zhuǎn)化為熱，使焊件 表面的溫度升高直至熔化，最終形成焊接接頭。 2 ) 應(yīng)力應(yīng)變儲能及轉(zhuǎn)換機制。認(rèn)為塑料是粘彈性體，超音波在其中 傳播時，引起塑料質(zhì)點的應(yīng)力應(yīng)變不同相，從而引起能量損耗，轉(zhuǎn)化成 熱使焊件表面熔化形成接頭。 2 5 能量轉(zhuǎn)換模型及其計算 基于塑膠性能、結(jié)構(gòu)以及分子組成的特殊性，大多數(shù)學(xué)者傾向于應(yīng) 力應(yīng)變的儲能轉(zhuǎn)換機理。下面利用粘彈性動力學(xué)理論，通過求解物體在 交變應(yīng)力作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力響應(yīng)來進(jìn)行理論計算。 當(dāng)彈性體受到正( 余) 弦波變化的應(yīng)力( 應(yīng)變) 作用時，應(yīng)變( 應(yīng)力) 與應(yīng)力( 應(yīng)變) 同相地作正(