超声波塑料焊接原理说明

一、概述：

    超声波指的是振动频率大于2万赫兹的声波，是机械波的一种形式，可传递声波能量。超声波穿透力强，能量集中，可以实现很多功能，比如用来焊接金属制品、塑料制品、进行化学催化、污水净化、细胞破碎、红花油提取，灵芝多糖提取、白酒陈化、日化用品的乳化，奶制品的分散、纳米材料的破碎与分散，瘦脸美容，医疗B超，喷雾加湿等等作用。

　　超声波焊接机作为功率超声波的应用设备之一，当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢。焊头压力也不能太大，这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。超声波焊接是熔接热塑性塑料技制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波焊接处理，而不需加溶剂，粘接剂或其他辅助品，其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量。

二、超声波金属/塑料焊接机的构成及原理：

　超声波塑料焊接原理:由发生器产生由15KHz、20KHz、30KHz、40KHz、50KHz、60KHz、70KHz、80KHz，的高压，高频信号，通过换能系统，把家用220V电信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工作表面及内在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件焊接口迅速溶化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定型，便达成完美的焊接。

超声波塑料焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。

1、气动传动系统：

　　包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。  

　　工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。

2、控制系统 ：

　　控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是：一是控制气压传动系统工作，使其焊接时在定时控制下打开气路阀门，气缸加压使焊头下降，以一定压力压住被焊物件，当焊接完后保压一段时间，然后控制系统将气路阀门换向，使焊头回升复位；二是控制超声波发生器工作时间，本系统使整个焊接过程实现自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是：电源启动一触发控制信号 气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间 去除超声发射 继续保持一定压力时间 退压，焊头回升 焊接结束。

3、数字式超声波发生器：

　　功率较大的超声波塑料焊接机，发生器信号采用频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。

4、超声波换能器：

  超声波塑料焊接机用的换能器包括二个部分：1压电部分2固定部分，压电部分：超声波换能器；

固定部分：超声波变幅器。换能器通过电能转换为一定机械振动能，传输到超声波变幅器，由变幅器增加或者减小振动能量。

5、超声波工具头  ：

　　对不同的焊接对象需要有不同工具头，不管是近场焊接还是传输焊接，只有半波长的工具头才能使焊接端面达到最大的振幅。工具头，有带振幅放大的和不带振幅放大的两种，塑料焊接机用声学系统工具头，所用材料通常为铝合金，其端面镀硬质合金，功率较大时也有用钛合金材料制成的，该材料疲劳强度比铝合金高一倍多。

6、热熔性材料与焊接参数：

可用于超声波焊接的常见材料举例

常见材料与焊接振幅