超声波是频率16KHz以上人耳听觉一般无法感知的机械波.
超声波发生器将工频电转换成高频高压电. 由压电陶瓷片组成的换能器在高频高压交流电的作用下收缩膨胀,产生机械振动即超声波.换能器,变幅员杆及焊模构成机械共振单元在压力的作用下将换能器产生的机械振动传递到热塑性焊接件上.导入的超声波能量通过分子间和界面的磨擦产生使焊缝处熔化粘接所需要的热量.
超声波焊接过程描述
超声波焊接时机械振动在压力作用下传递到塑料件.分子及接缝处磨擦生热,材料的阻尼系数增加.接缝处材料开始软化.热塑化材料阻尼因子的增大使更多的振动能量转化成热能, 这会自我加速该反应过程.停止超声后,经过一短暂的保压冷却使热塑化材料匀质固化.塑料件或薄膜就可以这样用超声波能量互相焊接在一起.
超声波焊接的能量是通过声学振动臂导入的.声学振动臂有压电超声转换器(换能器,Converter), 振幅调节器(变幅杆,Booster)以及专用的焊接模具(焊头,Sonotrode)构成.
能量集中原理
超声波焊接时超声波通过焊臂和零件集中到焊接区域. 焊接要借助于焊缝设计即导能筋(ERG)的作用.
适合超声波焊接机的焊缝几何如焊筋的顶角,焊筋的高低粗细等,以及焊头或底模同塑料零件轮廓的吻合直接影响焊接处材料熔化的速度和位置.导能筋设计确定了焊接的区域和能量的导向. 这样使超声波焊接仅仅需要很少的能量并对零件本体不受高热作用.没有导能筋则焊接时间会大大延长, 面焊接使焊接过程无法定义,结果是缺乏焊接强度和质量的不一致性.除此之外,无法避免材料的热损伤.
如图所示根据零件的材料和大小设计导能筋形状和尺寸的基本原则. 材料不同的热塑性特点(如无定型或半结晶型)也是焊缝设计时必须考虑的因素.
|
