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超声波焊接

超声波焊接

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超声波焊接
 

超声波焊接是一种摩擦焊接工艺,可用于许多热塑性塑料制品的焊接。采用高频振动生成此种焊接摩擦热量。在超声波焊接中,通过调谐与一粘接基材接触的金属角砧(horn)产生高频动态电场。金属角砧高速振动与固定的基材产生摩擦,这样在粘接界面产生大量的热量。加压并冷却便完成焊接,所形成的接头强度高。

 

超声波应用范围

一、汽车(交通业)

超声波可通过计算机程序控制来实施对大件和不规则工件的焊接如:保险杠、前后门、灯具、刹车灯等。随着高等级道路的发展,反光片也越来越多的采用超声波焊接。   

二、家电

通过适当的调整可用于:手提日光灯罩,蒸气熨门、电视机外壳、收录、音机透明面板、电源整流器、电视机壳螺丝固定座、减蚊灯壳、洗衣机脱水槽等需要密封、牢固和美观的家电产品。

三、包装

软管的封口,特殊打包带的连接。 

四、玩具业

由于采用了超声波技术使产品清洁、高效、牢固,免除使用螺丝、粘合剂、胶水或其他辅助品,降低了生产成本,使企业在市场的竞争力大大增强。

五、电子

运用自动化方案设计使用户达到规模化生产,同时确保产品之品质需求。

六、其他商业用途

从通讯器材,电脑行业、打印设备到音像制品等,均可采用明和超声波设备,他给您带来了简捷、清洁、高效的生产方式,为您带来更多的机会 


超声波熔焊方法
 

一、焊接法: 

以超声波超高频率振动的焊头在适度压力下,使二块塑胶的接合面产生磨擦热而瞬间熔融 接合,焊接强度可与本体媲美,采用合适的工件和合理的接口设计,可达到水密及气密,并免除采用辅助 品所带来的不便,实现高效清洁的熔接。 

二、铆接法: 

将超声波超高频率振动的焊头,压着塑胶品突出的梢头,使其瞬间发热融成为铆钉形状, 使不同材质的材料机械铆合在一起。

三、埋植: 

藉着焊头之传道及适当之压力,瞬间将金属零件如螺母、螺杆等挤入预留入塑胶孔内, 固定在一定深度,完成后无论拉力、扭力均可媲美传统模具内成型之强度,可免除射出模受损及射出 缓慢之缺点。 

四、成型: 

本方法与铆焊法类似,将凹状的焊头压着于塑胶品外圈,焊头发出超声波超高频振动后将 塑胶溶融成形而包覆于金属物件使其固定,且外观光滑美观、此方法多使用在电子类、喇叭之固定成形, 及化妆品类之镜片固定等。 

五、点焊: 

1、将二片塑胶分点熔接无需预先设计焊线,达到熔接目的。 

2、对比较大型工件, 不易设计焊线的工件进行分点焊接,而达到熔接效果,可同时点焊多点。 

六、切除封口: 

运用超声波瞬间发振工作原理,对化纤织物进行切割,其优点切口光洁不开裂、不拉丝

 

超声波熔接面设计
 

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影响塑料焊接的因素及塑料焊接技术的种类

 

随着工业生产的迅速发展,塑料以其 重量轻、比强度高、耐腐蚀、易加工等优点广泛用于国民经济和人民生活的各个领域。在工程上塑料焊条要求材料的成分与被焊接材料的成分相同,但材料的强度标 号要比被焊接材料的强度高一个等级,这样才能保证焊接强度。你可以将断开的塑料件,直接把断开的两半用焊枪吹熔、然后压接上去。缺点是外形尺寸会比原来的 要小。那么塑料焊接究竟有哪些影响因素,有哪些种类的焊接方式?  

一、影响焊接质量的因素

在进行焊接时,压力、时间、吸热量(熔融量)是确保焊接质量的三要素。 

1. 压力 

对焊接表面施加适当的压力,焊接材料将由弹性向塑性过渡,还可以促进了分子相互扩散并挤去焊缝中的残余空气,从而增加焊接面密封性能。 

2. 时间 

要有适当的热熔时间和足够的冷却时间。当热功率一定时,时间不够会出现虚焊,时间过长会造成焊件变形, 熔渣溢出,有时还会在非焊接部位出现热斑(变色)。必须保证焊接面吸收足够的热量达到充分熔融的状态,才能保证分子间充分扩散融合,同时必须保证足够的冷 却时间使焊缝达到足够的强度。 

3. 熔融量 

热熔时间和热功率协调调整才会的到最恰当的熔融量,保证足够的分子间融合,消除虚焊的现象。除了焊接设备和操作人员技能水平外,来之于塑料内部或外部的各种因素,对焊接质量有一定的影,应当引起重视。   

二、其他影响焊接质量的因素  

1.塑料的吸湿性   

如果焊接潮湿的塑料制品,内含的水分会在受热后化为蒸汽跑出而在焊面上出现气泡,使焊接面密封性能减弱。吸湿的材料有 PA 、 ABS 、 PMMA、PC 等。用这些材料做的制品,焊前必须进行干燥处理。   

2.塑料中的填充物   

如玻璃纤维、滑石粉、云母等,它们改变了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接质量有很大的关系。填充物含量低于 20% 的的塑料可以正常进行焊接,不需要进行特殊的处理。填充物含量超过 30% 时,由于表面塑料比例不足,分子间融合的不够,会降低密封性。   

3.焊接面的清洁   

焊接表面必须清洁没有杂质,才能保证足够的焊接强度和气密性。   

在选取正确的可焊接的材料和排除了影响焊接效果的不利因素外,还要根据材料种类和制品形状、成本的的高低采取适当的焊接方法。  

三、按所采用的加热软化方式的不同, 塑料焊接方法可分为通过外加热源软化、通过机械运动方式软化、种和通过电磁作用软化几种。   

(一)、通过外加热源方式软化的焊接技术有以下几种:  

1. 热板焊接  

可能是最简单的塑料焊接技术,但这种方式特别适合于需要大面积焊接面的大型塑料件的焊接, 一般是用平面电热板将需焊接的两平面熔融软化后迅速移去电热板合并两平面并加力至冷却。 这种方法焊接装置简单,焊接强度高, 制品、焊接部的形状设计相对来说比较容易。但 由热板产生的热量使制品软化,周期较长;熔融的树脂会粘附到电热板上且不易清理(电热板表面涂 F4 可减轻这种现象),时间长了形成杂质影响粘接强度;需严格控制压力和时间保证适当的熔融量;当不同种类的树脂或金属与树脂相接合时,会出现强度不足的现 象。   

2. 热风焊接  

当热风气流直接吹向接缝区时,导致接缝区和与母材同材质的填充焊丝熔化。通过填充材料与被焊塑料熔化在一起而形成焊缝。这种焊接方法焊接设备轻巧容易携带,但对操作者的焊接技能要求比较高。   

3.热棒和脉冲焊接   

这两项技术主要用在连接厚度较小的塑料薄膜的焊接。并且这两种方法相似,都是将两片薄膜紧压在一起,利用热棒或镍铬丝产生的瞬间热量完成焊接。  

(二)、通过机械运动方式软化完成焊接的方法有:   

1.按运动轨道可分为直线型和旋转型   

直线型可用于直线焊缝的焊接和平面焊接的焊接,旋转型可用于圆形焊缝的焊接。在利用压力下的两部分在摩擦过程中产生的摩擦热量使接触部分的塑料熔融软化,对正固定直到凝结牢固。   

2.超声波焊接  

超声波焊接就是使用高频机械能软化或熔化接缝处的热塑性塑料。被连接部分在压力作用下固定在一起,然后再经过频率通常为 20 或 40 千赫的超声波振动,换能器把大功率振动信号,转换为相应的机械能,施加于所需焊接的塑料件的接触界面,焊件接合处剧烈摩擦瞬间产生高热量,从而使分子交替熔合,从而达到焊接效果。   

超声波焊接过程很快,焊接时间不到一秒,并且很容易实现自动化,在 电子、电器、汽车零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工艺品、化妆品等各个行业 广泛应用。   

运动方式焊接是一种全自动焊接过程,都需要专用焊接设备。一旦确定了正确的焊接参数,操作工即可稳定生产。其优点是:快速、灵活、焊接过程稳定且不需焊剂或保护气体,也不产生有害气体或熔渣,产品焊接质量有保证。

3. 高频焊接  

高频焊接是利用电磁感应原理高频感应加热技术,穿透塑料制品对埋藏于塑料件内部的感应体或磁性塑料产生感应加热,被焊塑料在快速交变电场中可以产生热量而使需焊接部位迅速软化熔融,继而填充接口间隙,并以完善的机械装置辅助达到完美焊接。 产生高频感应的最为常用的方法是,利用高频电流通过线圈,从而得到一个强大的高频磁场。感应体(即发热体)一般为铁、铝、不锈钢等材料,但也使用通过添加磁性物质加工而成的磁性复合塑料。通过这种方法焊接制作的产品包括文具夹,可充气物品,防水衣和血袋等等。   

4.红外线焊接   

这项技术类似于电热板焊接,将需要焊接接的两部分固定在贴近电热板的地方但不与电热板接触。在热辐射的作用下,连接部分被熔融,然后移去热源,将两部分对 接,压在一起完成焊接。这种方式不产生焊渣、无污染,焊接强度大, 主要用于 PVDF 、 PP 等精度要求很高的管路系统的连接。     

5.激光焊接   

20世纪70年代,激光开始被应用到塑料焊接上。它的原理是将激光器产生的光束( 通常存在于电磁光谱红外线区的集束强辐射波) 通过反射镜、透镜或光纤组成的光路系统,聚焦于待焊接区域,形成热作用区,在热作用区中的塑料被软化熔融,在随后的凝固过程中,已融化的材料形成接头,待 焊接的部件即被连接起来,通常用于 PMMA 、 PC 、 ABS 、 LDPE 、 HDPE 、 PVC 、 PA6 、 PA66 、 PS 等透光性好的材料,在热作用区添加碳黑等吸收剂增强吸热效果。塑料激光焊接的优点较多:焊接速度快、精度高;自动化、精密数控容易实现;成本相对较低。因 此,塑料激光焊接技术在汽车、医疗器械、包装等领域得到了比较广泛的应用。  

除了塑料和塑料之间的焊接, 由于汽车工业和其它工业轻体结构和经济效益的需要,有些产品还需要塑料与金属的混合连接, 塑料热铆接技术应运而生。这种热铆技术工艺简单,容易实现,安全可靠,使塑料和金属部件以最佳承担载荷的方式结合,产品质量减小,经济性提高。在采用铆焊 法时,可以通过把一个整体模制预留的塑料轴销(铆桩)加热软化再经冷模头冲压变形后将部件锁在一起(形成铆钉帽,“热桩”),因而更为方便、经济。

常用塑料的超声波可焊接性指数弹性模量高的硬质塑料焊接运用超声波焊接最好。硬质塑料可 传递超声波能量,而软质塑料在能量进入关键的粘接面时,对能量有衰减作用。采用超声波焊接聚苯乙烯、SAN、ABS、PC和丙 烯酸塑料会取得良好结果。而PVC和纤维素塑料会衰减超声波能量,其表面会发生降解或变形。

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右图所示出“常用塑料的超声波可焊接性指数”。如果具有相类 似的熔融温度和化学相容性,用此工艺可焊接不同的塑料。

 

超声波焊接工艺中塑料的相容性

 

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