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超声波焊接中的重要工艺参数

影响超声波焊接质量的一个关键因素是超声波焊接能量。3：焊接材料的认识误区：由于社会各种材料很多，也很复杂，尤其是不断创造出的新型材料。焊接能量过大，容易造成焊接过度、产生毛边，或者造成塑胶件变形、薄弱处断裂甚至造成其它零部件损坏。但在另一方面，如果焊接能量过小，两个塑胶件不能的熔合在一起，造成焊接强度低。超声波焊接能量与以下工艺参数有关，如图所示，超声波焊接过程中工艺参数的调整归根结底为对焊接能量的调整。

频率频率是指超声波的频率，包括15、20、30或40千赫兹。超声波焊接机有着固定的频率，无法调整。频率越大，焊接能量越大。

振幅振幅是指焊头表面振动的幅度，其等于换能器表面振幅与调幅器增益以及焊头增益之积，振幅可通过调幅器和焊头进行调节。

振幅越大，焊接能量越大。不同塑料对于振幅的要求不一样；相对于无定形塑料，半结晶塑料要求更高的振幅；熔点较高的塑料要求更高的振幅。表2显示了多种塑料在20千赫兹下推荐使用的振幅。

塑料的超声波焊接性能

塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料可塑但不可逆。1超声波发生器超声波发生器的作用是将工频（50Hz或60Hz）电压转变为超声频电压。次加热时可熔化流动，加热到一定温度，产生化学反应，交联固化变硬而形成固体；但这种变化时不可逆的，当重新受热加压时，热固性塑料不能再次熔化。因此，超声波焊接不能焊接热固性塑料。热塑性塑料可塑又可逆；当加热形成固体后，其内部结构仅经历形态的变化，是可逆的；重新加热和加压时，能够重新熔化并再次形成固体。超声波焊接能够焊接大部分的热塑性塑料。

热塑性塑料又分为无定形塑料和半结晶塑料，由于二者的分子结构和排布不同，二者的超声波焊接性能又有所差别。

无定形塑料的分子结构呈随机分布，没有一个明确的熔点Tm，其在一个很广泛的温度范围内逐步软化、熔化和流动；而不是一旦加热到某个温度就立即从固体熔化，然后又立即固化。因此，当物体的振动超过一定的频率，即高于人耳听阈上***，人们便听不出来了，这样的声波称为“超声波”。无定形塑料这种特性非常易于传导超声波振动能力，能够在较大的压力和振幅范围内进行超声波焊接。

半结晶塑料的分子结构在局部呈规律性分布，有一个明确的熔点Tm，在温度达到熔点之前，半结晶塑料始终保持着固态；当温度达到熔点后，整个分子链立刻开始运动，并立即固化。无定形塑料和半结晶塑料的熔化过程区别如图所示。

半结晶塑料呈规律性分布的分子结构类似于弹簧，非常容易吸收高频的超声波振动能量，使得能量很难从焊头传导到焊接界面，必须有足够大的超声波能量才能使得半结晶塑料熔化。很多超声波焊接机操作人员经验不足，在为超声焊接机更换超声波塑料焊接模具后，就出现了产品焊接效果差、不达标的现象，员工对操作不熟悉，往往也检查不出来是哪里出现了问题，就会说“明明刚才超声波焊接机还好好的，怎么一下子就出问题了。因此，相对于无定形塑料，半结晶塑料比较难焊接。为了使得半结晶塑料获得较高的焊接质量，往往需要考虑更多的因素，例如，较高的振幅、合适的焊接界面设计、焊头的接触、焊接的距离以及焊接夹具等。无定形塑料和半结晶塑料的超声波焊接难易程度如表2所示。

超声波常见的问题

1，焊接工件的工艺误区

超声波能量是瞬间爆发的，焊接线应成点或者线条以及传递的距离都要符合超声波焊接方式。焊接部位难以清理的焊件，选用氧化性强的，对氧化皮和油污不敏感的酸性焊条，以免产生气孔等缺陷。有人认为只要是塑料材料，无论怎样结合面都可以良好的焊接，这是错误的认识，当瞬间能量产生时，接缝面积越大，能量分散越严重，焊接效果越差，甚至无法焊接，另外超声波是纵向传波的，能量损失同距离成正比，远距离应控制在7.5厘米之内。焊接线应控制在0.3-0.8mm之间为较佳状态，工件的壁厚不能低于2mm,否则不能良好焊接，特别是要求水气密的产品。

2，工件材料误区

超声焊接机对焊接的工件材质是有要求的，不是所有材料都能焊接，有人认为任何材料都可以焊接，这是一大误解，不同材质之间有的能良好焊接，有的基本能熔接，有的是不相熔的。很多服役中的高温管线或者试验中的高温管线的失效部位都集中在脱碳层。同一材料之间熔点是相同的，从原理讲是可以焊接的。但是当焊接的工件的熔点大于350度的时候，就不在适合超声焊接了。因为超声是瞬间使工件分子熔化，判断依据是在1-3之内，不能良好焊接，就应该选择其他焊接工艺，如热板，旋熔，振动摩擦等。一般来讲ABS料是容易焊接，因为熔点低，硬度也硬，反之尼龙是比较难熔接的。