超声波焊接技术大全

上一篇 / 下一篇 2007-07-17 08:39:26

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超声波焊是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性塑料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结！它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。

超声波的优点：

1，节能
2，无需装备散烟散热的通风装置
3，成本低,效率高
4，容易实现自动化生产！

超声波焊接机的工作原理!

超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置。

振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，
振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，
整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!

焊接：

指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时，
固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料，
只要产品的接合面设计得匹配，
完全密封是绝对没有什么问题的，

碟合：

熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。

嵌入：

将一个金属无件嵌入塑料产品的预留孔内。
具有强度高，成型周期短安装快速的优点！！
类似于模具设计中的嵌件！

Ultrasonic Welding 1

Ultrasonic Welding 2

Ultrasonic Welding 3

Ultrasonic Welding 4.

弯曲/生成

音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。这种方式的优势在于处理的快速，较小的内压，良好的外观及对材料本性的克服。

点悍

点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。点焊也能产生一个强有力的粘合构造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或浇注的热塑塑料以及那些结构复杂、难以进入接合面的产品。

剪切

切和封口一些有序与无序的热塑材料的超音波工艺。用这种方法密封的边缘不开裂，且没有毛边、卷边现象。

纺织品/胶片的密封纺织品品及一些胶片的密封也可用到超音波。它可对胶片实行紧压合，还可对纺织品进行整洁的局部剪切与密封。缝合的同时也起到了装饰的作用。
影响超音波焊接的因素

说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度）、化学结构。

聚合物结构

非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度）。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。

半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸收部分高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（例如：高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成功。

聚合物：热塑性与热固性

将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。

熔化温度

聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多.

硬度（弹力系数）

材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。

超声波熔接：

以超声波频率振动的焊头，在预定的时间及压力下，磨擦生热，令塑胶接面相互熔合，既牢固，又方便快捷

超声波埋插：

由焊头送到金属及塑胶间的超声波震动，磨擦生热令塑胶接触面熔化，使金属椿挤入塑胶孔内。

超声波铆接，成形包覆：

塑胶件上的梢子，通过金属件的孔，以高震幅焊头震动梢端，使其熔解，顺着焊头的接触面变为铆钉形状，将金属板铆住

超声波点焊

将两层塑胶板焊接，焊头中央的导梢以超波震动攒穿上层塑胶板，由于震动能产生离析，塑胶接面间接产生磨擦热，令两层塑胶板熔接。

二.超声波塑料焊接的相容性和适应性：

热塑性塑料,由于各种型号性质不同,造成有的容易进行超声焊接,有的不易焊接.如图表中黑方块表示两种塑料的相容性好,容易进行超声焊接,圆圈表示在某些情况下相容,焊接性能尚可,空格表示两种塑料相容性很差,不易焊接.

超声波焊接的焊口设计：

两个热塑性塑料零件的超声波焊接要求超声波振动通过焊接头传递到组合件的上半部,最后传至两半的结合处或界面上.在此,振动能量转换成热能,用以熔化塑料.当振动停止后,塑料在压力下固化,在结合面上产生焊接.

两个结合表面的设计,对于获得最佳焊接结果来说是非常重要的.有各种各样的连接设计,每一种都有特色和优点.各种设计的使用取决于许多因素,例如塑料类型、零件几何形状、焊接的要求（即粘性、强度、密封等）.

夹具装置：

塑料超声波焊接的一个重要因素是夹具装置.夹具装置的主要用途是固定零件,使之与焊接头对准,同时对组合件提供适当的支撑.被焊接的材料、零件几何形状、壁厚和零件的对称性均可影响能量向界面的传递,因此设计夹具时必须加以考虑.

某些用途,例如铆接和嵌插,要求在焊接头接触区下面有坚硬的承托装置.铝质的夹具装置可提供必要的刚度,可以镀铬来防止零件出现疤痕和提高耐磨性.

在一些用途中,夹具必须具有一定程度的弹性以保证在连结区产生异相状态.异相状态一般在最差的结合处出现,这是待焊接的范围；不过,由于某些零件材料和几何形状,结合的两半可能合成一整体,上下同时振动,如果这种状态出现,将承槽由刚性材料改为弹性材料,或者将硬度计由软性材料改为另一种材料,往往足以在连结区重新建立异相状态.

简单的实验性夹具可用木料、环氧树脂或熟石膏建造.对于更精密、更长寿命的夹具将要用铝、钢、黄铜、铸塑尿烷,或其它的弹性材料.夹具设计范围广,从快速拆卸夹具到简单的金属板均有.应用的要求和生产率通常决定夹具的设计。

上图表示简单的对接焊连接和有能量导向部分的理想连接的时间--温度曲线.能量导向部分允许迅速焊接,同时达到最大的强度.在导向部分的材料如图示在整个结合区内流动.

上图表示焊前按要求比例设计能量导向部分改进对接焊与导致的材料流动.工件尺寸的选择应是如图示能量导向部分熔化后足够分布于结合面之间,通常,对于易焊的树脂能量导向部分最小高度为0.010英寸（0.25毫米）.对于某些需要高能量的树脂,即结晶型、低刚度或高熔化温度的非晶型（例如聚碳酸酯、聚砜）树脂,需要较大的能量定向部分,其最小高度为0.020英寸（0.5毫米）。在工件之间对齐的方法,例如销钉和插口,应包括在工件设计中。必须指出,为熔剂焊封所作的设计一般可以修改,以符合超声波焊接的要求。

要避免：

能量导向部分设计的典型错误是将结合面削成45度的斜面.

上图表示这样做的结果.

上图表示便于对齐的阶梯式连接.这种连接设计适合于在侧面不宜有过多的熔体或溢料之场合

榫槽连接法：

主要用于焊接和防止内外烧化.不过,需要保持榫舌两侧的间隙使模制较困难.锥度可根据模塑实践经验进行修改,但必须避免在零件之间产生任何障碍。

上图表示适用于超声波焊接的各种基本能量导向连接法,这些可作为典型连接部分的参考,对具体用途应稍作修改。

上图表示需要严密封接时所用的剪切连接法,特别适合于晶型树脂（尼龙、聚甲醛、热塑性聚酯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯硫）.因为晶型树脂从固态到熔化改变迅速、温度范围窄、能量导向式连接就不是最佳方法,原因是来自导向部分的熔融树脂在它能与相结合的表面熔合之前会迅速凝固.

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joseph831210发布于2009-02-06 10:20:13: 回复 1# 的帖子
超声波原理：
我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫。
波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。 1、超声波在塑料加工中的应用原理：
塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。 2、超声波焊机的组成部分和原理
超声波焊接机主要由如下几个部分组成：发生器、气动部分、程序控制部分，换能器部分。发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。气动部分主要作用是在加工过程中完成加压、保压等压力工作需要。程序控制部分控制整部机器的工作流程，做到一致的加工效果。换能器部分是将发生器产生的高压电波转换成机械振动，经过传递、放大、达到加工表面。
现在国内应用较多的发生器一般有两种：一种是以美国BRANSON 公司为代表，所采用的桥式功放电路，保护电路采用相位保护，工作频率一般为20KHZ。其优点是电转换效率高，缺点是频率调节电感调节范围窄，频率跟踪性能较差。另一个缺点是功率不可能做得很大，最大也就是3KW 左右；另一种是台湾型机器，普遍采用B类功放、过流保护、桥式反馈。优点是功率可以做得较大（如4.2KW），频率跟踪性能好，大功率情况下一般采用15KHZ的工作频率。缺点是电转化效率较低，15KHZ的工作频率是人耳所能听到的，反映出噪声较大；另外还有瑞士、德国、日本的采用频率自动跟踪技术的机器。因其价格较高，国内并不常见。
换能器部分由三部分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称二级杆、变幅杆，BOOSTER）；焊头（又称焊模，HORN或SONTRODE）。
① 换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。将电信号转换成机械振动信号有两种物理效应可以应用。A：磁致伸缩效应。B：压电效应的反效应。磁致伸缩效应在早期的超声波应用中较常使用，其优点是可做的功率容量大；缺点是转化效率低，制作难度大，难于大批量工业生产。自从朗之万压电陶瓷换能器的发明，使压电效应反效应的应用得以广泛采纳。压电陶瓷换能器具有转换效率高，大批量生产等优点，缺点是制作的功率容量偏小。现有的超声波机器一般都采用压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器是用两个金属的前后负载块将压电陶瓷夹在中间，通过螺杆紧密连接而制成的。通常的换能器输出的振幅为10μm左右。
② 变幅杆（BOOSTER）：变幅杆本身就是一条金属柱，通过形状的设计，可以将换能器传递过来的振幅进行放大，达到加工塑料件所需能量振幅，相当于加热的温度，如我们常用的ABS、AS 塑料所需的加工振幅为20μm左右；尼龙、聚丙稀所需的加工振幅为50μm左右。
③ 焊头（HORN）：焊头的作用是对于特定的塑料件制作，符合塑料件的形状、加工范围等要求。
换能器、变幅杆、焊头均设计为所工作的超声频率的半波长，所以它们的尺寸和形状均要经过特别的设计；任何的改动均可能引致频率、加工效果的改变，它们需专业制作。耐用根据所采用的材料不同，尺寸也会有所不同。适合做超声波的换能器、变幅杆和焊头的材料有：钛合金、铝合金、合金钢等。由于超声波是不停地以20KHZ左右高频振动的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。
4、超声波焊接机的参数及调节方法：一般的超声波焊接机上有如下的参数是可以调节的：
A：超声波发生器上的调谐旋钮：这是超声波焊机最关键的一个调节旋钮。其调节目的是使超声波发生器所发出的高压电信号频率同换能器部分的机械谐振频率一致。方法是轻触测试开关、左右设防该旋钮，使负载指示的电流为最小，即可完成调谐步骤。
B：振幅档：此旋钮有些机种上没有这个旋钮，其功能是通过调节发生器的输出电压，达到高速输出
振幅的目的。
C：气动部分：包括调速器、气压调节旋钮。调速器用于调节气缸的上、下速度。气压调节旋钮调节工作气压。
D：熔接时间（WELD TIME）：用于调节超声波发射的时间，一般的塑料件熔接时间为 0.6S以下，通常超过1.5S熔接时间均可视作失败熔接（可视作振幅不够，或设计不合理）。
E：保压时间（HOLD TIME）：保压时间相当于加工塑料件之后的固化时间，通常如果塑料件的固定位设置得好，此时间可不用考虑，如果塑料件内部有弹簧等部件，该时间应相应调长。
F：触发调节：触发调节有两种方式，一种是延时触发。这种调节一般指示为延迟时间（DELAY TIME）。其所指为从触发机器开始到超声波发射为止的时间。通过调节，可实现先发射超声波再熔接，或先压紧塑料件再触发超声波。另一种是压力触发。这种触发方式常见于美国BRANSON 形式的超声波焊接机中，其原理是调节压紧塑料件的力度来触发超声波。对于较大的塑料件，为防止起振失败，多采用先触发超声波再熔接，或以较小的触发力度。
5、塑料件材料对超声波焊接的影响
超声波在塑料件中传播，塑料件或多或少对超声波能量有吸收和衰减，从而对超声加工效果产生一定的影响，塑料一般有非晶体材料之分，按硬度有硬胶和软胶之分，还有模数的区分，通俗地来说，硬度高，低熔点的塑料超声加工性能优于硬度低、高熔点的塑料。因此，这就牵涉到超声波加工距离的远近问题，详见第7节远、近距离焊接。
6、塑料件的加工条件对超声焊接的影响塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工条件都会形成对超声焊接产生一定影响的因素。
A：湿度缺陷：湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成，湿度缺陷在焊接中衰减有用能量，使密封位渗水，加长焊接时间，所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处理。如聚甲醛等。
B：注塑过程的影响：注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：
① 尺寸变化(收缩、弯曲变形)
② 重量变化
③ 表面损伤
④ 统一性不佳
C：保存期：塑料件注塑加工出来后，一般最少放置24 小时后，再进行焊接，以消除塑料件本身应力、变形等因素。无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求。
D：再生塑料
再生塑料的强度比较差，对超声波焊接适应性也较差，所以如用再生塑料，各种设计尺寸均要酌情加以考虑。
E：脱模剂和杂质脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响。虽然超声波加工时可将加工表面的溶剂、杂质等震开，
但对于要求密封、或在高强度的情况下，应尽可能去除。在有些情况下，先清洗塑料件是必要的。 7、塑料件的设计现代注塑方式能有效提供比较完美的焊接用塑胶件。当我们决定用技术完成熔合时，塑料件的结构设计必须首先考虑如下几点：
① 焊缝的大小(即要考虑所需强度)
② 是否需要水密、气密
③ 是否需要完美的外观
④ 避免塑料熔化或合成物的溢出
⑤ 是否适合焊头加工要求焊接质量可以通过下面几点的控制来获得：
① 材质
② 塑料件的结构
③ 焊接线的位置和设计
④ 焊接面的大小
⑤ 上下表面的位置和松紧度
⑥ 焊头与塑料件的接触面
⑦ 顺畅的焊接路径
⑧ 底模的支持为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：
① 最初接触的两个表面必须小，以便将所需能量集中，并尽量减少所需要的总能量(即接时间)来完成熔接。
② 找到适合的固定和对齐的方法，如；塑料件的接插孔、台阶或企口之类。
③ 围绕着连接界面的焊接面必须是统一而且相互紧密接触的。如果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。
下面就对塑料件设计中的要点进行分类举例说明：
1 1整体塑料件的设计
2 1.1塑料件的结构
塑料件必须有一定的刚性及足够的壁厚。太薄的壁厚有一定的危险性，超声波焊接时是需要加压的，一般气压为2-6Kg f/cm2。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。
7.1.2罐状或箱形塑料等，在其接触焊头的表面会引起共振而形成一些集中的能量聚焦点，从而产生烧伤、穿孔的情况（如图1所示），在设计时可以在罐状顶部做如下考虑：
图1 带尖角图2 带圆
弧过渡 1、加厚塑料件 2、增加加强筋 3、焊头中间位置避空
7.1.3尖角
如果一个注塑出来的零件出现应力非常集中的情况，比如尖角位，在超声波的作用下会产生折裂、融化。这种情况可考虑在尖角位加R角。如图2所示。
7.1.4塑料悠扬的附属物
注塑件内部或外部表面附带的突出或细小件会因超声波振动产生影响而断裂或脱落，例如固定梢等（如图3所示）。通过以下设计可尽可能减小或消除这种问题：

joseph831210发布于2009-02-06 10:20:57

超声波线束焊接机Falcon-20W

TECHSONIC公司介绍：
TECHSONIC创立于1996年,是一家专业研发、生产超声波金属焊接机及气密性测试机的企业，一直以来，公司以坚持不懈的努力满足顾客需求，使公司得以迅速发展。
TECHSONIC超声波金属焊接机是由美、德、韩三国技术合作研发的全球最先进的超声波金属焊接设备，广泛应用于锂电池行业、家电行业和汽车行业。在韩国，TECHSONIC超声波焊接机市场份额达到90%，主要客户有三星、LG等;在中国,公司主要客户有：Sony(无锡)、海尔、天津力神、TCL、ATL、BAK、LG（南京、泰州）等。
在锂电池行业，TECHSONIC焊接机主要应用于锂电池生产线的铜镍铝焊接，同时可与全自动卷绕机和自动极片焊接机配套使用。目前日本CKD和KAIDO的全自动卷绕机上配套的超声波金属焊接机只有TECHSONIC和BRASON两家；在家电行业，TECHSONIC焊接机应用于冰箱和空调的铜管焊接、太阳能热水器和净水器的超声波滚焊；在汽车行业，TECHSONIC焊接机可应用于汽车生产线上的线束焊接。
TECHSONIC可以提供全球最先进的超声波金属焊接机和气密性测试设备以及相关的零部件。公司承诺为客户提供维修和免费的技术培训。
详细介绍登入我们的网站http://www.techsonic.com.cn，希望能与贵公司合作。我们将为贵公司提供全套的超声波金属焊接设备，优质的技术支持和完善的售后服务。相信我们的产品的质量和价格会具有竟争力，会赢得您的欣赏。
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北京特声声波设备有限公司(上海办事处)

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代理商:北京诺典科技有限公司上海分公司

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专业代加工Stapla,AmTech,Schunk超声波焊接机备件（包括铁砧anvil,焊头horn或sonotrode等），价格比进口件便宜1/3，性能和进口件不相上下。
AmTech: XL系列，SCHUNK:RK2000, USG3000, Minic II, Minic II GT, Minic II CS, GS 40, GS 50系列，Stapla全系列

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