超声波塑胶焊接机熔接产品时常会遇到一些不良问题,其影响生产的进程及产品质量,塑胶制品表面损坏！
塑胶产品产生溢料或毛边！
塑胶产品焊接后拉力达不到标准！
是什么原因会导致超声焊接过程中各种不良的发生呢？
小编带大家探讨一下怎样获得高品质的塑料超声波焊接？
超声波焊接的影响因素----鱼骨图：
1
超声焊接对原材料的要求
说到超声波焊接不得不先提一下它对各种树脂的要求，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：
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声波压合的适应性。按分子结构可分为：非结晶聚合物、半结晶型聚合物.
- ⊙ 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声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超声波振动能量传至压合面，难焊接。
- 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。
▶ 材料相融性
▶ 影响焊接效果的其他因素
- 有吸水特性的材料,例如：聚碳酸脂、聚砜、尼龙。
- 塑料加入混合物料后因应注意混合物的比例
- 有问题的脫模剂 ： 硅脂类、 特富龙、 內部润滑剂、色粉、再生料、防火剂等。
2
超声设备与夹具设计对焊接效果的影响
▶ 超声机主要部件：换能器、调幅器、焊头.
调幅器和焊头的主要材质为：钛合金 或铝合金。
▶ 根据产品大小选择适当频率的焊接机，下表为不同频率焊接机能匹配的最大焊头尺寸。
▶ 焊接头表面振幅设计
焊接头表面振幅 =
换能器表面振幅 x 调幅器增益 x 焊接头增益
塑料加工中所用的超声波，现有的几种 工作频率有15KHZ，20KHZ，30KHZ， 40KHZ。下表为塑料在不同频率的焊接机中的振幅需求，焊头设计的表面振幅需在焊接基材的振幅范围内。
3
塑料件的结构
为了获得完美的产品外观、牢固可靠的焊点，必须遵循三个主要设计方向：
- 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（即焊接时间）来完成熔接。
- 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。
- 焊头需直接接触并覆盖全部焊接区域，以满足焊接点所需的能量传导。
▶ 整体塑料件的结构
- 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2-6kgf/cm2 。所以塑料件必须保证在加压情况下基本不变形。
- 如遇罐状或箱形塑料等，在设计时可以在罐状顶部加厚塑料件 、增加加强筋、焊头中间位置避空等方式防止接触焊头的表面烧伤、穿孔的情况。
- 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，需通过在附属物与主体相交的地方加一个大的R角或加加强筋或增加附属物的厚度与直径等方式尽可能减小或消除这种问题。
- 为防止超声波传递过程中会产生干扰和衰减，焊接区上方与焊头接触点，塑料件避免设计孔和间隙。
- 近距离焊接指被焊接位距离焊头接触位在6mm以内，远距离焊接则大于6mm，超声波焊接中的能量在塑料件传递时会被衰减地传递。衰减在低硬底塑料里也较厉害，因此，设计时要特别注意要让足够的能量传到加工区域。
- 远距离焊接，对硬胶（如PS，ABS，AS，PMMA）等比较适合，一些半晶体塑料（如POM，PETP，PBTB，PA）通过合适的形状设计也可用于远距离焊接。
- 塑料件焊头接触面的设计
- 注塑件可以设计成任何形状，但是超声波焊头并不能随意制作。形状、长短均可能影响焊头频率、振幅等参数。焊头的设计需要有一个基准面，即按照其工作频率决定的基准频率面。基准频率面一般占到焊头表面的70%以上的面积，所以，注塑件表面的突超等形状最好小于整个塑料面的30%。塑料件焊头接触面至少大于熔接面，且尽量对正焊接位，过小的焊头接触面，会引起较大损伤和变形，以及不理想的熔接效果。
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焊接线设计
焊接线是超声波直接作用熔化的部分，其基本的两种设计方式： 能量导向 、剪切设计 。
▶ 能量导向
能量导向是一种典型的在将被子焊接的一个面注塑出突超三角形柱，能量导向的基本功能是：集中能量，使其快速软化和熔化接触面。能量导向允许快速焊接，同时获得最大的力度，在这种导向中，其材料大部分流向接触面，能量导向是非晶态材料中最常用的方法。
- 能量导向柱的设计方式及尺寸如下图：
- 一般在超音波熔接作业中，根据经验值最佳的超音波导熔线高度0.3~0.4mm 如：此型Δ，尖角约呈60°或90°；
- 在一般水、气密的要求，导熔线高度应在 0.5~0.8mm 之范围（视产品肉厚而定），如低于0.5mm以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 mm 以上，否则效果不佳。
- 超声焊接上下壳对位方式的设计
- 上下塑料件在焊接过程中都要保证对位准确，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行检动位必须很小，一般小于0.05mm。
- 定位方式一般为：插销定位、台阶定位。
▶ 剪切式设计
在半晶体塑料（如尼龙、乙缩醛、聚丙烯、聚乙烯和热塑聚脂）的熔接中一般采用剪切连接的设计，首先是熔化小的和最初触的区域来完成焊接，然后当零件嵌入到下起时，继续沿着其垂直壁，用受控的接触面来融化。如下图所示，这样可能性获得强劲结构或很好的密封效果，因为界面的熔化区域不会让周围的空气进来。由于此原因，剪切连接尤其对半晶体树脂非常有用。
剪切连接的熔接深度是可以调节的，深度不同所获得的强度不同，熔接深度一般建议为0.8-1.5mm，当塑件壁厚及较厚及强度要求高时，熔接深度建议为1.25X壁厚。
剪切连接要求一个塑料壁面有足够强度能支持及防止焊接中的偏差，有需要时，底模的支撑高于焊接位，提供辅助的支撑.
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超声波焊接制程控制
在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕、产生溢料或毛边、熔接后尺寸无法控制于公差内等不良时，首先要检查设备参数控制，并通过合理的实验来优化执行参数（预压力、下降速度、延迟时间、熔接时间、引用介质覆盖（如ＰＥ袋）、模治具表面处理（硬化或镀铬）、机台段数降低或减少上模扩大比等），以获得良好的品质。
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，
鸣谢单位：电子制造得其道
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铭扬超声波让生产更省心
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