超聲波焊接是通過(guò)超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉(zhuǎn)換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過(guò)摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將需要焊接的部件區(qū)域熔化。異種金屬擴(kuò)散焊時(shí)加入中間層材料，在很低壓力下加熱使中間層材料熔化，或與被焊金屬接觸形成低熔點(diǎn)共晶體，此時(shí)形成的薄層液體，經(jīng)一定時(shí)間的保溫過(guò)程，使中間層材料全部擴(kuò)散到母材中并均勻化，就能形成沒(méi)有中間材料的異種金屬接頭。超聲波不僅可以被用來(lái)焊接金屬、硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜等。本片文章主要介紹金屬和塑料焊接兩種。臺(tái)州市錦亞機(jī)械制造有限公司是一家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)塑料線性振動(dòng)摩擦焊接機(jī)，熱鉚焊接機(jī)，熱板焊接機(jī)，多頭非標(biāo)型超聲波塑料焊接機(jī)，以及非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、治具等研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及銷(xiāo)售為一體的技術(shù)服務(wù)性實(shí)體公司。

塑料的超聲波焊接性能

塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料可塑但不可逆。次加熱時(shí)可熔化流動(dòng)，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)固化變硬而形成固體；1、超聲波塑料焊接機(jī)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。但這種變化時(shí)不可逆的，當(dāng)重新受熱加壓時(shí)，熱固性塑料不能再次熔化。因此，超聲波焊接不能焊接熱固性塑料。熱塑性塑料可塑又可逆；當(dāng)加熱形成固體后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅經(jīng)歷形態(tài)的變化，是可逆的；重新加熱和加壓時(shí)，能夠重新熔化并再次形成固體。超聲波焊接能夠焊接大部分的熱塑性塑料。

熱塑性塑料又分為無(wú)定形塑料和半結(jié)晶塑料，由于二者的分子結(jié)構(gòu)和排布不同，二者的超聲波焊接性能又有所差別。

無(wú)定形塑料的分子結(jié)構(gòu)呈隨機(jī)分布，沒(méi)有一個(gè)明確的熔點(diǎn)Tm，其在一個(gè)很廣泛的溫度范圍內(nèi)逐步軟化、熔化和流動(dòng)；超聲波金屬焊接機(jī)原理超聲波金屬焊接是利用額每秒鐘數(shù)萬(wàn)次的高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的金屬工件表面，再施以一定的壓力，使金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合，達(dá)到焊接的目的。而不是一旦加熱到某個(gè)溫度就立即從固體熔化，然后又立即固化。無(wú)定形塑料這種特性非常易于傳導(dǎo)超聲波振動(dòng)能力，能夠在較大的壓力和振幅范圍內(nèi)進(jìn)行超聲波焊接。

半結(jié)晶塑料的分子結(jié)構(gòu)在局部呈規(guī)律性分布，有一個(gè)明確的熔點(diǎn)Tm，在溫度達(dá)到熔點(diǎn)之前，半結(jié)晶塑料始終保持著固態(tài)；當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)后，整個(gè)分子鏈立刻開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并立即固化。無(wú)定形塑料和半結(jié)晶塑料的熔化過(guò)程區(qū)別如圖所示。

半結(jié)晶塑料呈規(guī)律性分布的分子結(jié)構(gòu)類(lèi)似于彈簧，非常容易吸收高頻的超聲波振動(dòng)能量，使得能量很難從焊頭傳導(dǎo)到焊接界面，必須有足夠大的超聲波能量才能使得半結(jié)晶塑料熔化。因此，相對(duì)于無(wú)定形塑料，半結(jié)晶塑料比較難焊接。為了使得半結(jié)晶塑料獲得較高的焊接質(zhì)量，往往需要考慮更多的因素，例如，較高的振幅、合適的焊接界面設(shè)計(jì)、焊頭的接觸、焊接的距離以及焊接夾具等。二、熔接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)：塑料產(chǎn)品因接收過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的熱能，不僅使塑料材質(zhì)熔化，更進(jìn)而造成塑料組織焦化現(xiàn)象，產(chǎn)生砂孔，水或氣即由此砂孔滲透而出。無(wú)定形塑料和半結(jié)晶塑料的超聲波焊接難易程度如表2所示。

影響塑料超聲波焊接性能的其它因素

在超聲波焊接時(shí)，還需要考慮其他一些因素，這些因素包括注塑過(guò)程的影響、吸水性、脫模劑、潤(rùn)滑劑、塑化劑、添加劑、阻燃劑、回料、色料以及塑料等級(jí)等。

塑料的吸水性

塑料的吸水性嚴(yán)重影響超聲波焊接性能。如果塑料含有過(guò)多的水分，在超聲波焊接過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到水的沸點(diǎn)時(shí)，塑料中的水分蒸發(fā)和氣化，焊接界面呈泡沫狀，使得超聲波焊接強(qiáng)度低、同時(shí)很難獲得密封性能以及高質(zhì)量的外觀；玩具業(yè)：各式球類(lèi)玩具、文具、水槍、塑料禮品、音樂(lè)玩具、及各式塑料玩具…等。另外，過(guò)多的水分還會(huì)造成了焊接時(shí)間的延長(zhǎng)，焊接成本增加。

具有吸水性的塑膠件應(yīng)該在注塑完成后馬上進(jìn)行超聲波焊接。如果不能馬上進(jìn)行焊接，應(yīng)該以裝有干燥劑的PE袋進(jìn)行密封包裝；沒(méi)有密封包裝的吸水塑膠件，在焊接之前應(yīng)該進(jìn)行烘干。

脫模劑

脫模劑經(jīng)常直接噴灑在模具型腔內(nèi)，通過(guò)減少塑膠件與型腔摩擦力的方式，幫助塑膠件從型腔中脫出。不幸的是，在超聲波焊接時(shí)，脫模劑也會(huì)減小焊接界面上兩塑膠件的表面摩擦力。而超聲波焊接工藝正是依靠表面摩擦產(chǎn)生熱量，脫模劑會(huì)降低超聲波焊接性能。另外，脫模劑中的化學(xué)物質(zhì)也會(huì)影響理想焊接強(qiáng)度的獲得。因此，對(duì)于需要進(jìn)行超聲波焊接的塑膠件，必須在注塑過(guò)程中避免使用脫模劑。如果不得不使用脫模劑，則在焊接前必須清洗塑膠件，不過(guò)只有一些脫模劑能夠清洗干凈。即使已經(jīng)擁有幾年的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們還是堅(jiān)信只有通過(guò)嚴(yán)格的測(cè)試和質(zhì)量控制才能生產(chǎn)出較好的超聲波焊頭。推薦使用干性脫模劑，其對(duì)超聲波焊接性能最小，甚至不必在焊接進(jìn)行前清洗。盡量避免使用硅、氟、硬脂酸鋅和硬脂酸鋁等類(lèi)型脫模劑。