詳解塑料件焊接技術——超聲波焊接

随着工業生産的迅速發展，塑料以其重量輕、比強度高、耐腐蝕、易加工等優點廣泛用于國民經濟和人民生活的各個領域。但是，由于加工工藝等方面的原因，很多結構複雜的産品不能一次加工成型，需要把多個零部件無縫連接到一起，大體有兩種方法：粘接和焊接。一般來将，粘接工藝生産效率低并且膠粘劑都有一定的毒性，容易引起環境污染和危害生産人員健康的不良後果。所以，塑料焊接工藝得到了越來越廣泛的應用。

超聲波焊接裝置是通過一個電晶體功能設備将當前50/60Hz的電頻轉變成20KHz或40KHz的電能高頻電能，供應給轉換器。轉換器将電能轉換成用于超聲波的機械振動能，調壓裝置負責傳輸轉變後的機械能至超聲波焊接機的焊頭。焊頭是将機械振動能直接傳輸至需壓合産品的一種聲學裝置。 振動通過焊接工作件傳給粘合面振動磨擦産生熱能使塑膠熔化，振動會在熔融狀态物質到達其介面時停止，短暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時産生個強分子鍵，整個周期通常是不到一秒種便完成，但是其焊接強度卻接近是一塊連着的材料！

在實際生産過程中，并不是所有的塑料材料都可以進行焊接，能夠被激光焊接的塑料均屬于熱塑性塑料，隻有分子結構相同或相近的熱塑性塑料才能進行焊接，在焊接面上是分子間的化學結合，所以母體材料越相近，焊接效果越好。下圖是一些常見塑料焊接相容性的比較。我們還需要考慮到影響焊接質量的因素才能得到較好的焊接效果。在進行焊接時，壓力、時間、吸熱量（熔融量）是确保焊接質量的三要素。

1.壓力

對焊接表面施加适當的壓力，焊接材料将由彈性向塑性過渡，還可以促進了分子相互擴散并擠去焊縫中的殘餘空氣，從而增加焊接面密封性能。

2.時間

要有适當的熱熔時間和足夠的冷卻時間。當熱功率一定時，時間不夠會出現虛焊，時間過長會造成焊件變形，熔渣溢出，有時還會在非焊接部位出現熱斑（變色）。必須保證焊接面吸收足夠的熱量達到充分熔融的狀态，才能保證分子間充分擴散融合，同時必須保證足夠的冷卻時間使焊縫達到足夠的強度。

3.熔融量

熱熔時間和熱功率協調調整才會的到最恰當的熔融量，保證足夠的分子間融合，消除虛焊的現象。除了焊接設備和操作人員技能水平外，來之于塑料内部或外部的各種因素，對焊接質量有一定的影，應當引起重視。

塑料的吸濕性

如果焊接潮濕的塑料制品，内含的水分會在受熱後化為蒸汽跑出而在焊面上出現氣泡，使焊接面密封性能減弱。吸濕較為嚴重的材料有PA、ABS、PMMA等。用這些材料做的制品，焊前必須進行幹燥處理。

塑料中的填充物

如玻璃纖維、滑石粉、雲母等，它們改變了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接質量有很大的關系。填充物含量低于20%的的塑料可以正常進行焊接，不需要進行特殊的處理。填充物含量超過30%時，由于表面塑料比例不足，分子間融合的不夠，會降低密封性。

焊接表面必須清潔沒有雜質，才能保證足夠的焊接強度和氣密性。

在選取正确的可焊接的材料和排除了影響焊接效果的不利因素外，還要根據材料種類和制品形狀、成本的的高低采取适當的焊接方法。按所采用的加熱軟化方式的不同，塑料焊接方法可分為通過外加熱源軟化、通過機械運動方式軟化、種和通過電磁作用軟化幾種。

超聲波塑料焊接機是超聲波塑料焊接要設備在塑料焊接領域研發設計的焊接設備，業内簡稱為超聲波塑焊機。超聲波焊接設備是熔接熟塑性塑料制品的高科技技術，各種熟塑性膠件均可使用超聲波熔接處理，在焊接塑料制品時，既不要添加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強度高、生産效率高等優點。因此，超聲波焊接技術越來越廣泛地獲得應用。

超聲波焊接機焊接優點：

1：焊接速度快，焊接強度高、密封性好；

2：取代傳統的焊接/粘接工藝，成本低廉，清潔無污染且不會損傷工件；

3：焊接時間短，不需任何助焊劑、氣體、焊料。

4：焊接過程穩定，所有焊接參數均可通過軟件系統進行跟蹤監控，一旦發現故障很容易進行排除和維護。

1、 焊接:指的是廣義的将兩個熱塑性塑料産品熔接的過程。當超音停止振動時， 固體材料熔化，完成焊接。其接合點強度接近一整塊的連生材料，隻要産品的接合面設計得匹配，完全密封是絕對沒有什麼問題的。

2、碟合:熔化機械鎖形成一個材質不同的塑料螺栓的過程。

3、嵌入:将一個金屬無件嵌入塑料産品的預留孔内。具有強度高，成型周期短安裝快速的優點，類似于模具設計中件。

4、彎曲/生成:超聲波将配件的一部分熔化再組成一個塑料的突起部位或塑料管或其它擠出配件。這種方式的優勢在于處理的快速，較小的内壓，良好的外觀及對材料本性的克服。

5、點焊:點焊是對沒有預留也或能源控制的兩個熱塑塑料組件的局部焊接。點焊也能産生一個強有力的粘合構造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或澆注的熱塑塑料以及那些結構複雜、難以進入接合面的産品。

6、剪切:切和封口一些有序與無序的熱塑材料的超音波工藝。用這種方法密封的邊緣不開裂，且沒有毛邊、卷邊現象。

7、切封:紡織品品及一些膠片的密封也可用到超音波。它可對膠片實行緊壓合，還可對紡織品進行整潔的局部剪切與密封。縫合的同時也起到了裝飾的作用。

1、注塑過程中存在波動，例如注塑時間短/注塑量不足、翹曲、部分收縮和模穴的差異。

注塑時間短/注塑量不足時，塑料未能完全填充模腔。在這種情況下，存在焊接表面不完整的風險，可能導緻焊接強度降低、密封性不足。注塑時間短還可能導緻材料中含有空隙，空隙處容易産生裂紋導緻産品失效。

零件翹曲和收縮，會直接影響産品焊縫尺寸和形狀。如果翹曲較小，可以通過壓緊産品，使得上下零件的焊縫處充分相互接觸，有助于使焊接表面正常化。但是如果翹曲太大，則需要熔化更多的材料以達到一圈焊縫全部熔化。這将導緻零件上各段焊縫的焊接強度差異，以及外觀問題。

不同模穴的差異和磨損。如果焊接結果不穩定，僅發生在一個模具中生産的零件上，那麼可能模具已經磨損。外形尺寸約80mmX80mm的零件，不同模穴生産的零件尺寸差異也可能會在0.2mm左右。通常顧客方面，對零件尺寸質量管控較弱。

2、治具的缺陷

治具的損耗。對于超聲波塑料焊接，焊頭磨損會導緻焊接性能差異。對于熱闆、熱鉚等接觸式的塑料焊接。材料殘留物會積聚在熱闆上并導緻焊接性能差異。由于熔化的材料粘附到熱闆上，殘留物可能随着時間的推移而累積。通常，當加熱闆在高溫下運行并塗有高溫不粘塗層時，殘留物會迅速燃燒，不會造成任何問題。但是，在較低溫度的應用中，這種殘留物堆積可能會使降解的材料進入焊縫，并阻礙零件和熱闆之間的直接接觸和熱傳遞。

支撐和定位。檢查下夾具對零件是否存在無支撐，或者支撐不良部分，并确保上下治具的相對水平和對中。支撐和定位對于實現高強度焊接和精确裝配至關重要。不均勻的焊接強度、虛焊、洩露，通常是由于焊縫以下的支撐不足導緻。因此，不管是超聲波、熱闆、振動、紅外、熱氣和激光塑料焊接工藝，都需要反複确認所有焊縫下方都有強支撐。

有時因為零件特征，焊筋下方需要留有間隙，該間隙尺寸應小于3mm。間隙較大時，需要試驗驗證。該間隙不應對焊縫産生重大影響。

通過檢查和評估以上潛在問題，可以幫助你識别可能導緻焊接性能差異的原因。

1、熱闆焊接

可能是最簡單的塑料焊接技術，但這種方式特别适合于需要大面積焊接面的大型塑料件的焊接，一般是用平面電熱闆将需焊接的兩平面熔融軟化後迅速移去電熱闆合并兩平面并加力至冷卻。這種方法焊接裝置簡單，焊接強度高，制品、焊接部的形狀設計相對來說比較容易。

但由熱闆産生的熱量使制品軟化，周期較長；熔融的樹脂會粘附到電熱闆上且不易清理（電熱闆表面塗F4可減輕這種現象），時間長了形成雜質影響粘接強度；需嚴格控制壓力和時間保證适當的熔融量；當不同種類的樹脂或金屬與樹脂相接合時，會出現強度不足的現象。

2、熱風焊接

當熱風氣流直接吹向接縫區時，導緻接縫區和與母材同材質的填充焊絲熔化。通過填充材料與被焊塑料熔化在一起而形成焊縫。這種焊接方法焊接設備輕巧容易攜帶，但對操作者的焊接技能要求比較高。

3、熱棒和脈沖焊接

這兩項技術主要用在連接厚度較小的塑料薄膜的焊接。并且這兩種方法相似，都是将兩片薄膜緊壓在一起，利用熱棒或鎳鉻絲産生的瞬間熱量完成焊接。

按運動軌道可分為直線型和旋轉型

直線型可用于直線焊縫的焊接和平面焊接的焊接，旋轉型可用于圓形焊縫的焊接。在利用壓力下的兩部分在摩擦過程中産生的摩擦熱量使接觸部分的塑料熔融軟化，對正固定直到凝結牢固。

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