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超聲波焊接參數設置簡介

文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-发表时间:2019-10-23 09:13:00【

  超聲波焊接爲什麽工作起來效率會那麽高,主要和焊接參數有直接的聯系。焊接參數的調節取決于零件的尺寸和剛度,尤其是焊頭接觸點和焊接接頭之間的距離。而接下來,小編就具體介紹一下超聲波焊接的各個參數。

 

 

  1 频率
 
  超声波常用的频率有 20、30、40 kHz,15 kHz 常用于半结晶性塑料。20 kHz 是最常用的超声波频率,因为这一频率熔化热塑性塑料必需的振幅和功率容易达到,但它可能产生大量难以控制的机械振动,工具变得很大。产生较少振动的较高频率(40 kHz)是可行的,一般用于焊接工程塑料和增强聚合物。
 
  高频率焊接设备的优点包括 :噪声小、零部件尺寸小、增强零件保护(由于减少循环应力和接头界面外部区域不加选择的加热)、提高机械能量的控制、降低焊接压力、加快加工速度。缺点是由于零部件尺寸小,功率容量降低及由于振幅降低,难以进行远场焊接。
 
  较高频率超声波焊机通常用于焊接小型、精密零件(如电气开关)及材料降解需较少的零件。对于 15 kHz 的焊机能够快速焊接大部分热塑性塑料,在大多数情况下,比 20 kHz 焊机焊接时的材料降解少。用20 kHz 勉强能焊的零件(尤其是那些由高性能橡塑技术与装备) ,用 15 kHz 能有效地焊接。在较低频率下,焊头有较长谐振长度,在所有维度可以做得更大。采用 15 kHz 的另一重要优点是同使用较高频率相比,大大降低了超声波在塑料中的衰减,允许焊接更软的塑料及更大的远场距离。
 
  2 振幅
 
  成功焊接取决于焊头端部的适当振幅。对于所有变幅杆 / 焊头组合,振幅是固定的。根据待焊材料选择振幅以获得适当程度的熔化。一般说来,半结晶性塑料与非结晶性塑料相比需更多的能量,因此需更大的焊头端部振幅。现代超声波焊机上的过程控制允许分阶。
 
  高振幅用于开始熔化,低振幅用以控制熔化材料的粘度。增加振幅会改善剪切接头设计零件的焊缝质量。对于对接接头而言,随着振幅的增加,焊缝质量提高且焊接时间减少。在用导能筋的超声波焊接中,平均热耗率(Qavg)取决于材料的复合损耗模量(E?)、 频率(ω)和作用应变(ε 0): Qavg=ωε 02 E?/2
 
  热塑性塑料的复合损耗模量与温度密切相关。在达到熔点或玻璃化转变温度时,损耗模量增加,更多的能量转化为热能。在加热开始后,焊接界面处的温度急升(达 1 000 ℃ /s)。作用应变与焊头的振幅成正比,所以可以通过改变振幅来控制焊接界面的加热。振幅是一个控制热塑性塑料挤压流动速率的重要参数。高振幅时,焊接界面加热速度较高,温度上升,熔化材料流动速度较快,导致分子取向增加,产生大量飞边及焊缝强度较低。高振幅对于开始熔化是必需的。
 
  太低的振幅产生不均匀的开始熔化和过早的熔体凝固。当增加振幅时,更大量的振动能量消耗在热塑性塑料中,待焊零件承受更大应力。在整个焊接循环过程中振幅恒定时,通常采用的是对待焊零件不至于产生过量损害的最高振幅。对于结晶性塑料如聚乙烯和聚丙烯,振幅的影响比非结晶性塑料如 ABS 和聚苯乙烯要大得多。这可能是由于结晶性塑料的熔化和焊接需要更多的能量。振幅可以机械调节(通过更换变幅杆或焊头)或者电气调节(通过改变提供给换能器的电压)。
 
  在实践中,较大振幅调节采用机械方式而微调用的是电气方式。高熔点材料、远场焊缝及半结晶性塑料通常需要比非结晶性塑料和近场焊缝更大的振幅。非结晶性塑料典型的总振幅范围是 30~100 μm,而结晶性塑料为60~125 μm。振幅分阶(amplitude profiling)能够实现良好的熔体流动和一致的高焊缝强度。对于组合的振幅和力分阶,高振幅和作用力用于开始熔化,然后振幅和作用力下降以降低沿焊合线的分子取向。
 
  3 焊接时间
 
  焊接時間是施加振動的時間。每一用途合適的焊接時間由試驗確定。增加焊接時間會提高焊縫強度直至達到最佳時間爲止。進一步增加焊接時間會導致焊縫強度降低或者只是稍稍增加強度,而與此同時會增加焊縫飛邊和提高産生零件壓痕的可能性。
 
  避免過焊是很重要的,因爲會産生需修整的過量飛邊,這可能降低焊縫質量,在需密封接頭的零件中産生漏隙。焊頭可能擦傷表面。較長焊接時間時在遠離接頭區域的零件部分還可能出現熔化和斷裂,尤其在模制件中的孔洞、焊合線和尖角處是這樣。
 
  4 保压时间
 
  保压时间是指焊后零件在无振动压力下结合和凝固的标称时间。在大部分情况下,它并不是一个关键参数,0.3~0.5 s 一般足够了,除非内载荷易于拆开焊接零件(如焊前压缩的螺旋弹簧)。
 
  5 压力
 
  焊接壓力提供了焊頭與零件耦合所需的靜力,以便振動傳入零件中。在焊接循環的保壓階段接頭處的熔化材料凝固時,同樣的靜載荷確保零件連成一體。最佳壓力的確定對于良好焊接是必不可少的。如果壓力過低,會造成能量傳遞差或不足的熔體流動,導致不必要的長時間焊接循環。增加焊接壓力會減少實現相同位移所需的焊接時間。如果壓力過高,會造成沿流動方向的分子取向及降低焊縫強度,可能産生零件壓痕。極端情況下如果相對于焊頭端部振幅來說壓力過高,可能會過載、使焊頭停止。
 
  在超声波焊接中,高振幅需低压力,低振幅需高压力。随着振幅的增加,可接受的压力范围变窄。因此高振幅时最重要的是找到最佳压力。大多数超声波焊接是在恒压或恒力下进行的。对于某些装置,循环过程中力是可以改变的,即进行力分阶(force profiling),在超声波能量施加给零件期间焊接作用力减小。在焊接循环后期下降的焊接压力或作用力减少了从接头处的材料挤出量,延长分子间扩散时间,减低分子取向并提高焊缝强度。对于有较低熔体黏度类似聚酰胺的材料而言,这可能大大提高焊缝强度。
 
  6 焊接模式
 
  按时间焊接称之为开环过程。待焊零件在焊头下降和接触之前装配于工装夹具之中。然后超声波作用于组件一段固定时间,通常是 0.2~ 1 s。这个过程并不出现成功焊接。成功焊接是在假设固定的焊接时间导致固定量的能量作用于接头,产生可控量的熔化条件下的理想情况。实际上,从一个循环到下一循环保持振幅吸收的功率并不是一样的。这是由于多个因素造成的(如两零件之间的配合)。因为能量随功率和时间而变化,时间固定,施加的能量从一个零件到下一零件会发生改变。
 
  對于一致性非常重要的大批量生産,這顯然是不合乎要求的。按能量焊接是具反饋控制的閉環過程。超聲波機器軟件測量吸收的功率並調節加工時間以便向接頭傳遞所需的能量輸入。這個過程的假設是如果每道焊縫消耗的能量相同,接頭處熔化材料的數量每次是相同的。然而實際情況是在焊接套件中以及尤其在焊頭和零件界面處存在能量損耗。
 
  結果,某些零件可能比其它零件獲得更多的能量,可能造成焊縫強度不一致。按距離焊接允許零件按特定的焊接深度連接。這種模式運作不取決于時間、吸收的能量或功率,補償模制件中的任何尺寸偏差,因而最好地保證了每次在接頭中熔化相同數量的塑料。爲了控制質量,可以對形成焊縫所用的能量或所花的時間設定限度。
 
  超聲波焊接在工業中使用還是很普遍的,而其參數,卻是很少有人知道,對于想要了解的小夥伴來說,可以做一個參考。

 

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