超聲波焊接線尺寸設(shè)計(jì)

1、 超聲波焊接線的設(shè)計(jì)00焊接熱塑性制件的最普通的方法是超聲焊接.這種方法是采用低振幅,高頻率(超聲)振動(dòng)能量使表面和分子摩擦產(chǎn)生焊接相連墊塑性制件所需的熱量.(正弦超聲振動(dòng))超聲焊接在20-50kHz的頻率范圍內(nèi)發(fā)生,其一般振幅范圍為15-60um.在低達(dá)15kHz(較高振幅)的聲頻有時(shí)用于較大制件或較軟材料.焊接過程通常在內(nèi)發(fā)生.焊接工藝孌量包括焊接時(shí)間,焊頭位置和焊接壓力.超聲焊接設(shè)備通常用來焊接中,小尺寸的熱塑性塑料制件,而很大的制件可用多點(diǎn)焊接.超聲焊接方法可根據(jù)焊接時(shí)間或焊縫位置(塌陷距離)或焊接能量控制.也對(duì)焊接壓力和冷卻時(shí)間提供附加控制.超聲焊接設(shè)備一般不是在20kHz就是在40

2、kHz頻率下運(yùn)行 .20kHz裝置更常用.接頭設(shè)計(jì):第一類即最常用的接頭類型,在被連接表面的垂直方向上利用超聲振動(dòng).對(duì)接和Z形接合歸入這一類,適用于多數(shù)聚合物.第二類超聲焊接接頭包括與接頭表面平行的振動(dòng),形成剪切狀態(tài).各種類型的剪切和嵌接歸入第二類.能量控制囂接點(diǎn)與無定形材料一起使用最佳,圖1所示較大的能量控制囂結(jié)可在一些不密閉的半結(jié)晶材料中應(yīng)用.4312 圖1 無定形和半結(jié)晶聚合物所用的能量導(dǎo)向囂的近似尺寸此圖所示的焊接接頭是對(duì)普通能量控制接頭設(shè)計(jì)的獨(dú)特的改進(jìn).下面式件用一個(gè)粗糙或有紋理的表面改進(jìn).將會(huì)提高焊接質(zhì)量,焊接強(qiáng)度和焊接完成的容易程度.其它許多有紋理的接頭外形也是可行.溢料問題可通

3、過把溢料污染槽引入接關(guān)設(shè)計(jì)中而降低,為安全,一般溢料槽設(shè)計(jì)至少10%的過度體積容量.緊壓接頭:為了使溢料形成的可能性最小,緊壓接頭設(shè)計(jì)的目的是阻擋熔體或?qū)⑷垠w保持在熔區(qū)內(nèi).緊壓接頭對(duì)半結(jié)晶的塑料材料如尼龍是有用的.因?yàn)榻雨P(guān)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,緊壓接關(guān)所需的制件配合公差相對(duì)嚴(yán)格.與三角能量導(dǎo)向囂焊接相比,較大的接頭結(jié)構(gòu)也需要附加振幅和焊接能量.典型的緊壓焊接幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示. 圖2 典型的超聲緊壓焊接結(jié)構(gòu)制件找平 簡(jiǎn)單對(duì)接沒有任何措施解決制件相互找平或?qū)χ?制件找平更適于用模塑定位銷或雙頭螺完成.而z形接能自動(dòng)找平,且在使用時(shí)耐拉伸且改進(jìn)了搞剪切負(fù)荷性.并能消除外部溢料. 圖3 超聲焊接工藝用的典型z

4、開接頭設(shè)計(jì)(a) 焊接前的z接頭: (b)焊接后的z形接頭:(c)改進(jìn)的 z形接頭:臺(tái)階附帶肩部掩蓋了不平性,結(jié)果使外觀改進(jìn)槽舌接合不但提供了剪切強(qiáng)度而且提供了拉伸強(qiáng)度.這種接合是自對(duì)中的,接合區(qū)域的壁厚必須相對(duì)大以適應(yīng)槽舌接合設(shè)計(jì).另外,制件公差要求相對(duì)嚴(yán).間隔加強(qiáng)筋改善了接頭找平.圖4 超聲焊接工藝用的典型槽舌接合設(shè)計(jì)剪切接頭 當(dāng)焊接半結(jié)晶聚合物（或其它難以焊接的聚合物）和需要密封接頭號(hào)時(shí)，一般推薦使 用剪切接。需要高強(qiáng)度，高質(zhì)量接碚的環(huán)形和矩形制件都用剪切接頭。剪切接頭號(hào)具有搭接制件壁部分，當(dāng)接頭被焊接和相互依次嵌入時(shí)，搭接部分產(chǎn)生公差和局部剪切。為了促進(jìn)制件找平，接頭包含了調(diào)節(jié)部分。為

5、了集中熔融能量，一邊上的阻礙物的頂角在初始接觸面上降低。因?yàn)槿诨牧系臏囟仍谡麄€(gè)接觸面上保持一致，制件被焊接時(shí)，兩表面熔融均勻。深度為的使用范圍內(nèi)的公差值。為了防止在焊接過程中由于公差而產(chǎn)生的外部側(cè)壁翹曲，垂直的制件應(yīng)盡可能淺，但在一邊用剪切制件改進(jìn)的槽舌接頭可與較深的拉伸制件一起使用，提供中壁接頭，它使由于公差而產(chǎn)生的側(cè)壁翹曲最小。如圖5所示。（a）焊接前的部件； （b）焊接后的部件圖5典型的超聲焊接剪切接頭設(shè)計(jì)和典型的中壁組裝剪切接頭設(shè)計(jì)1-槽舌剪切接頭：有助于阻止部件向內(nèi)彎曲；2-支撐夾具：目的是在焊接過程中阻止下面部件壁向外彎曲；3-上面的部件；4-下面的部件 斜坡接合 斜坡接合設(shè)計(jì)也

6、可為無定形和半結(jié)晶聚合物提供高強(qiáng)度密封接頭。斜坡接合是自固定的且最適合小尺寸的圓形或橢圓形制件。斜坡接合的焊接能量要求很高。 圖6 超聲焊執(zhí)著用典型的斜坡接合設(shè)計(jì)（a） 斜坡接合； 改進(jìn)的斜坡接合（附加公差）1- 溢料槽；2-夾具 斜坡接合具有30°-60°的角且應(yīng)該在±1°內(nèi)裝配。為附加的熔區(qū)材料厚度增加的的公差產(chǎn)生焊縫和溢料。當(dāng)從功能或?qū)徝郎喜荒芙邮芤缌蠒r(shí)，就使用收集器。 帶嵌入密封裝置的焊接 用嵌入的彈性密封圈或韌性墊圈也可獲得可靠的密封。如圖7所示接頭制件裝有一個(gè)彈性環(huán)，以改善用超聲焊接接合可達(dá)到的密封安全性，或在連續(xù)的周邊焊接不可能的情況下使用

7、。 圖7 超聲焊接制件通常需要密封接頭1- 能量導(dǎo)向器；2- 彈性密封電栓焊 超聲焊接設(shè)備也可生產(chǎn)電栓焊和銷套觸點(diǎn)焊接。在不需要密封接頭的應(yīng)用中，銷套接頭可用來連接相同的塑料材料。圖8 超聲焊接設(shè)備可形成銷孔型剪切接頭1-溢料收集器;2-焊接前;3-焊接后*超聲鉚焊 超聲焊接的變異是超聲鉚焊.即把一個(gè)熱塑性制件固定在另一個(gè)不同材料的制件上的方法.鉚釘或凸臺(tái)在底部應(yīng)該 有十分大的半徑或圓角,以防裂紋或熔融.為了集中超聲能量，凸臺(tái)的頂端應(yīng)該設(shè)計(jì)成與焊頭的初始接觸最小。凸臺(tái)頂部可以是平的或圓錐形的，半結(jié)晶或填充的聚合物以圓錐形的較佳。超聲鉚焊的完整性取決于鉚釘和焊頭之間的精確容量關(guān)系。圖9 超聲焊接

8、設(shè)備可生產(chǎn)鉚焊或各種結(jié)構(gòu)1- 1.6mm的鉚釘；2-尖錐觸發(fā)熔融；3-14.0mm的鉚釘 標(biāo)準(zhǔn)鉚焊 直徑在這間的平頭鉚釘。剛性和柔性的不耐磨熱塑性塑料推薦使用標(biāo)準(zhǔn)外形。半球形鉚焊 直徑小于1.6mm的鉚釘建議用在半球形鉚焊上。對(duì)耐磨塑料是合適的。溢流式鉚焊 溢流式鉚焊用在要求表面為平的或隆起的及鎖信制件的厚度被允許使用的應(yīng)用中?？招你T焊 直徑大于4mm的凸臺(tái)或鉚釘去芯后可生盲孔凸臺(tái)。如圖10所示 當(dāng)嚙合制件中不允許有通孔時(shí)，超聲焊接設(shè)備也能形成機(jī)械互鎖。模制塑料鉚釘（與用于鉚焊的類似）和在嚙合制件中的盲倒角可形成以公差為基礎(chǔ)（假設(shè)帶倒角的制件不融化）的真正的機(jī)械接合。 圖10 用超聲焊接形成機(jī)械互鎖的示例1-帶軟化和變形鉚釘?shù)臒崴苄圆考?-具有倒角的嚙合部件；3-超聲波焊頭超聲焊接的材料因素 超聲焊接操作適合于多數(shù)熱塑性材料。l 1無定形聚合物，特別是室溫下外于玻璃態(tài)的無定形物，通常是焊接工藝的好的候選材料。玻璃態(tài)無定形聚合物具有良好的透射性能，允許用看近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)焊接技術(shù)成功焊接。當(dāng)材料較軟時(shí)，開定形材料的超聲焊接就成問題。如：焊接高沖擊ps將比焊接通用ps一般需要更多能量和附加振幅。l 2半結(jié)晶聚合物一般更難用超聲能量焊接.增加由焊接體系發(fā)射的能量值（即增加振幅）；縮短焊頭