塑胶构件的焊接工艺-超声波.ppt

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塑胶构件焊接工艺塑胶构件焊接工艺结构件拆分与连接结构件拆分与连接n产品设计要素：

产品设计要素：

功能功能外观外观材料材料成型方法成型方法质量控制方法质量控制方法检测方法检测方法结构件拆分与连接结构件拆分与连接n塑胶结构件拆分要素：

塑胶结构件拆分要素：

功能功能外观外观材料材料连接方法连接方法质量控制方法质量控制方法检测方法检测方法结构件拆分与连接结构件拆分与连接n塑胶结构件连接方式选择要素：

塑胶结构件连接方式选择要素：

承受载荷的面积和大小承受载荷的面积和大小承受载荷的类型承受载荷的类型几何形状几何形状使用环境使用环境可重复性、可靠性可重复性、可靠性期望寿命期望寿命螺丝连接螺丝连接扣位连接扣位连接铆合连接铆合连接过盈连接过盈连接机械连接机械连接粘接粘接胶粘胶粘焊焊接接激光焊接激光焊接感应焊接感应焊接接触（电接触（电阻）焊接阻）焊接热气焊接热气焊接挤出焊接挤出焊接超声波焊接超声波焊接热板焊接热板焊接旋转焊接旋转焊接振动摩擦振动摩擦焊接焊接高周波焊高周波焊接（接（PVC）塑胶构件连接种类塑胶构件连接种类结构件拆分与连接结构件拆分与连接n主要探讨塑胶焊接工艺：

主要探讨塑胶焊接工艺：

A.超声波焊接超声波焊接B.热板焊接热板焊接C.摩擦焊接摩擦焊接1.旋转焊接旋转焊接2.振动摩擦焊接振动摩擦焊接结构件拆分与连接结构件拆分与连接超声波焊接A、超声波焊接、超声波焊接A超声波焊接一、超声波焊接特点：

一、超声波焊接特点：

1.快捷、操作方便容易快捷、操作方便容易2.焊接强度大、密封效果好焊接强度大、密封效果好3.节能节能4.工作环境干净，无需配置散烟、通风装置工作环境干净，无需配置散烟、通风装置5.成本低、效率高成本低、效率高6.适用范围广（可用于绝大多数热塑性聚合物）适用范围广（可用于绝大多数热塑性聚合物）A超声波焊接把把50/60Hz电能电能转换成一定频转换成一定频率的高频电能率的高频电能把高频电能转把高频电能转换成机械振动换成机械振动能能增增大大机机械械振振幅幅频率发生器频率发生器换能器换能器变幅杆变幅杆焊头焊头焊接设备焊接设备上工件上工件焊接面焊接面能量集中器（导融线）吸收振动能能量集中器（导融线）吸收振动能温升熔融，在压力下凝固接合温升熔融，在压力下凝固接合二、超声波焊接原理：

二、超声波焊接原理：

传递振动能传递振动能增增大大振振幅幅、有有效效传传递递振振动动能能A超声波焊接-超声波焊接原理边缘一定范边缘一定范围内存在的围内存在的横向振动横向振动工件面上近乎垂直的振动工件面上近乎垂直的振动焊头发波示意图焊头发波示意图5”3.54”此范围振幅最为均匀此范围振幅最为均匀焊头焊头A超声波焊接三、影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）三、影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）1.聚合物结构聚合物结构2.熔化温度熔化温度3.硬度（硬度（柔韧性柔韧性）4.化学结构化学结构5.添加物添加物A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）1.聚合物结构聚合物结构A）非结晶聚合物非结晶聚合物分子排列无序分子排列无序有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（的温度（Tg玻璃化温度）玻璃化温度）能有效传输超音速振动能有效传输超音速振动实现良好焊接的压力实现良好焊接的压力/振幅范围宽。

振幅范围宽。

A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）B）半结晶型聚合物半结晶型聚合物l分子排列有序分子排列有序l有明显的熔点（有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点熔化温度）和再度凝固点l固态的结晶型聚合物富有弹性，能吸收部分固态的结晶型聚合物富有弹性，能吸收部分高频机械振动高频机械振动l超声波振动传递效果较差超声波振动传递效果较差l熔融材料易于迅速凝固熔融材料易于迅速凝固半结晶型聚合物半结晶型聚合物非结晶型聚合物非结晶型聚合物两种聚合物声波两种聚合物声波/振动传输效果比较振动传输效果比较A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）如要获得较为满意的焊接质量，相对非结晶聚如要获得较为满意的焊接质量，相对非结晶聚合物，半结晶聚合物需要更高的振幅合物，半结晶聚合物需要更高的振幅/能量。

能量。

所以，在设计半结晶性材料构件的焊接时，所以，在设计半结晶性材料构件的焊接时，必须注意这类材料的特殊性。

必须注意这类材料的特殊性。

u在构件的结构，强度、刚性、焊口结构、超声模在构件的结构，强度、刚性、焊口结构、超声模头的有效接触及夹具要求等设计方面需特别关注，头的有效接触及夹具要求等设计方面需特别关注，才能取得超声波焊接的成功。

才能取得超声波焊接的成功。

A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）2.熔化温度熔化温度l聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）3.硬度（柔韧性）硬度（柔韧性）l材料的硬度大小影响了超声波振动的传输效果。

材料的硬度大小影响了超声波振动的传输效果。

l硬度越大，其传输超声波的效果越好（焊接性越硬度越大，其传输超声波的效果越好（焊接性越好）。

好）。

A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）4.化学结构化学结构热塑性与热固性热塑性与热固性l热塑性聚合物：

热塑性聚合物：

线型高分子，受热情况下分子间可互相移动（流动）。

线型高分子，受热情况下分子间可互相移动（流动）。

此类聚合物可以在加热时熔融。

可用于超声焊接。

此类聚合物可以在加热时熔融。

可用于超声焊接。

l热固性聚合物：

热固性聚合物：

交联型高分子，受热情况下分子不会产生流动（相对交联型高分子，受热情况下分子不会产生流动（相对滑移）。

故加热时，不会熔融。

此类聚合物不能用于超声滑移）。

故加热时，不会熔融。

此类聚合物不能用于超声焊接。

焊接。

A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）5.添加物添加物l常用填充物：

常用填充物：

玻璃纤维（玻璃纤维（GF）、矿物粉末（滑石粉）、矿物粉末（滑石粉TALC）A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）l对焊接性影响：

对焊接性影响：

据资料记载：

据资料记载：

p非结晶型聚合物加入填充物不影响焊接性。

非结晶型聚合物加入填充物不影响焊接性。

p半结晶型聚合物：

半结晶型聚合物：

加入量加入量10%，焊接性能恶化，焊接性能恶化常用材料的焊接性常用材料的焊接性A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）我们需要重点关注的是：

我们需要重点关注的是：

l非结晶型和半结晶型聚合物的焊接性能差异。

非结晶型和半结晶型聚合物的焊接性能差异。

l半结晶型聚合物的焊接性能相对较差。

半结晶型聚合物的焊接性能相对较差。

l一般情况下，非结晶型聚合物有相容的可能，一般情况下，非结晶型聚合物有相容的可能，而半结晶型聚合物几乎不相容。

而半结晶型聚合物几乎不相容。

l如果你需要选择半结晶材料超声焊接，需要特如果你需要选择半结晶材料超声焊接，需要特别留意之前的成功或失败经验及结构差异。

别留意之前的成功或失败经验及结构差异。

A超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）A超声波焊接四、超声波焊接在塑件结构中的应用：

四、超声波焊接在塑件结构中的应用：

1.焊接焊接2.铆焊铆焊3.嵌件焊嵌件焊4.点焊点焊5.叠合叠合6.封口封口/切断切断以上应用只是焊接的不同形式，区别在于熔融以上应用只是焊接的不同形式，区别在于熔融面的位置变化，原理不变。

面的位置变化，原理不变。

焊接结构焊接结构A超声波焊接五、焊口设计五、焊口设计一般分为两种基础模式：

一般分为两种基础模式：

端面式端面式剪切式剪切式在实际应用中常在此基础模式上合理的组合在实际应用中常在此基础模式上合理的组合运用运用A超声波焊接焊口设计1.端面式端面式相对剪切式相对剪切式导融线导融线能耗较小能耗较小焊接面是平面时，焊接密封性较好焊接面是平面时，焊接密封性较好焊接强度较差焊接强度较差抗疲劳性能较差抗疲劳性能较差较适宜于非结晶聚合物焊接较适宜于非结晶聚合物焊接对于半结晶聚合物，工艺调整范围较窄对于半结晶聚合物，工艺调整范围较窄有密封要求的焊接，焊接面的平面度及表有密封要求的焊接，焊接面的平面度及表面质量要求较高面质量要求较高A超声波焊接焊口设计2.剪切式剪切式相对于端面式相对于端面式熔接深度熔接深度干涉量干涉量底模底模最小導入最小導入之尺寸之尺寸能耗较大能耗较大焊接强度较大焊接强度较大回转面或不存在小角度面焊接密回转面或不存在小角度面焊接密封性较好封性较好抗疲劳强度性能较优越抗疲劳强度性能较优越径向尺寸公差要求较严径向尺寸公差要求较严焊接壁刚性要求较高焊接壁刚性要求较高不适宜焊接硬度较低的材料不适宜焊接硬度较低的材料不适宜尺寸较大的焊件不适宜尺寸较大的焊件A超声波焊接六、近场焊接与远场焊接六、近场焊接与远场焊接焊头焊头焊头焊头夹具夹具近场焊接近场焊接远场焊接远场焊接A超声波焊接近场焊接与远场焊接u有资料规定：

在有资料规定：

在20KHz系统中，将焊头系统中，将焊头/上焊件上焊件界面到焊接界面之间的距离小于界面到焊接界面之间的距离小于6mm的称为近场的称为近场焊接；大于焊接；大于6mm的称为远场焊接。

的称为远场焊接。

u当声波频率是当声波频率是20KHz时，由于聚合物结构差异，时，由于聚合物结构差异，声波在聚合物中的波长约为声波在聚合物中的波长约为6cm13cm。

A超声波焊接近场焊接与远场焊接l近场焊接近场焊接：

20kHz操作系统中，焊头与焊接面距离远小于操作系统中，焊头与焊接面距离远小于波长。

焊接面与焊头表面的振幅几乎相等。

波长。

焊接面与焊头表面的振幅几乎相等。

此类焊接质量易于控制。

此类焊接质量易于控制。

l远场焊接：

远场焊接：

焊头距离焊接面距离近于或大于波长，焊接面焊头距离焊接面距离近于或大于波长，焊接面的振幅取决于声波在聚合物中的传输性质。

的振幅取决于声波在聚合物中的传输性质。

较近场焊接：

耗能大、焊件伤害大。

较近场焊接：

耗能大、焊件伤害大。

此类焊接质量更加难以控制。

此类焊接质量更加难以控制。

A超声波焊接近场焊接与远场焊接u所有焊接尽量使用近场焊接所有焊接尽量使用近场焊接u半结晶聚合物焊接不建议使用远场半结晶聚合物焊接不建议使用远场A超声波焊接七、焊接工艺七、焊接工艺焊头焊头焊头焊头焊头焊头焊头焊头预预触触发发区区焊头下降焊头下降下冲程下冲程焊接过程焊接过程保压过程保压过程焊头回位焊头回位上冲程上冲程A超声波焊接-焊接工艺超声波焊接工艺部分依赖于焊接设备的类型超声波焊接工艺部分依赖于焊接设备的类型l设备设备不同供应商提供的设备有很大的差异，影响实际运用不同供应商提供的设备有很大的差异，影响实际运用的主要因素是：

的主要因素是：

工艺模式、操作频率、最大实际功率工艺模式、操作频率、最大实际功率A超声波焊接-焊接工艺注：

人耳可闻声音频率大约为小于注：

人耳可闻声音频率大约为小于18KHz。

l设备频率、最大功率、输出振幅相对参数（参考值）设备频率、最大功率、输出振幅相对参数（参考值）操作频率操作频率（KHz）功率（换能器）功率（换能器）（KW）换能器输出换能器输出（振幅（振幅m）备备注注1020634020高功率、有噪音高功率、有噪音2030312010中功率、中等噪音中功率、中等噪音407510.4105低功率、安静低功率、安静A超声波焊接-焊接工艺注：

前两位数表示频率，后两位数表示功率。

注：

前两位数表示频率，后两位数表示功率。

l我公司现使用超声设备型号：

我公司现使用超声设备型号：

国产（常荣）：

国产（常荣）：

1525、1530、1542必能信：

必能信：

2020A超声波焊接-焊接工艺必能信焊接机可选工艺模式必能信焊接机可选工艺模式：

时间模式时间模式超声波振动达到预定时间停止焊接。

不考虑其它参数。

超声波振动达到预定时间停止焊接。

不考虑其它参数。

能量模式能量模式超声波振动保持直至达到预定能量值停止焊接。

不计其它参数。

超声波振动保持直至达到预定能量值停止焊接。

不计其它参数。

坍塌模式坍塌模式焊接达到预定位移量停止焊接。

不计其它参数。

焊接达到预定位移量停止