超音波塑膠焊接原理與特點

2021-04-22 10:31

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20Hz ～ 20KHz之間；因此一般來說，凡是頻率高于20KHz以上的音波就稱為超音波。但在工業應用中，為了適應特殊的工藝需求，音波頻率有低于 10KHz的（如超音波烘干機）、15KHz的（如塑膠超音波焊接機），這些習慣上也稱為超音波。超音波的頻率上限通常是100KHz以內，但在非破壞用的醫療檢查系統中也有高達5000KHz 的。總而言之，工業上通常把能產生和利用在各種不同介質中傳導，隨著各種不同介質的特性差別產生各種不同功能與效用的波動，統稱為超音波。

1.2 超音波塑膠焊接原理與特點

最初塑膠件接合加工方法是使用強力膠或其它溶劑進行粘合，但使用這種方法，產品不合格率較高、產品美觀度低，且會影響操作人員的身體健康。超音波技術的發展及應用，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（HORN）傳遞到塑膠加工物上，以每秒15 ～ 30KHZ，振幅為4 ～ 5um左右的振動，再經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生20 ～ 30um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 4m/s ，這種高頻捶擊作用到塑膠表面上，在應力高的地方發生強烈的摩擦熱，使界面熔化了的塑膠粘接在一起，從而實現焊接。常用的塑膠超音波焊接機的功率在100W ～ 2000KW ，頻率為15 ～ 30KHz 。

超音波塑膠焊接的特點：
(a)焊接速度快，效率高，通常只需0.5 ～ 2s； (b)焊接質量好，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，可進行壓力容器的密封焊接； (e)不會有高頻焊接時發生火花的危險，安全性好； (f)超音波焊接屬于機械振動方式，觸及到金屬焊頭不會出現生命危險；(g)設備結構簡單，操作容易，維修方便。

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、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：以超音波超高頻率振動的焊頭（ HORN ），在適度的壓力下使兩塊塑膠件的接合面產生磨擦熱而瞬間熔融接合，并可達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：以超音波超高頻率的音波振動，借著焊頭的傳導及適當的壓力，瞬間將金屬零件（如螺母、螺桿）等擠入預留的塑膠孔內，并固定在設定深度。完成后無論拉力、扭力均可媲美傳統在模具內成型的強度，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，無法開設導熔線，可用點焊熔接，其原理是將超音波傳導至焊頭前端，從上板穿越至下板，從而達到熔接的效果，并可同時點焊數十件，提高工作效率。

(e)超音波切除：以超音波高速振動的焊頭切除射出成形的塑膠件鋒利毛邊，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，并且塑件外形美觀。適用于超音波切除的材質有ABS、PS 、壓克力、PC 、塑鋼等，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：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。

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