工作時(shí),在頻率20-40kHz、振幅0.02mm左右的高頻機(jī)械振動(dòng)作用下,焊接面結(jié)合處的聚合物分子劇烈摩擦,由此產(chǎn)生的瞬間高溫使焊接面迅速熔化,并在壓力作用下,結(jié)合面融合為一體。整個(gè)焊接過程短的僅0.2s左右,較大的焊接件不超過5s。塑料的可焊接性與材料本身的物理性質(zhì)有關(guān),如材料的彈性模量、熔點(diǎn)、摩擦系數(shù)、沖擊性能、導(dǎo)熱性。
具有高彈性模量的材料對(duì)超聲振動(dòng)的內(nèi)損耗較小,從而能將大部分能量傳遞到焊接面上。這就意味著,剛性材料比韌性材料有更好的焊接性能,軟質(zhì)塑料、低模量的熱塑性塑料,并不是太適宜采用超聲波焊接工藝。影響焊接質(zhì)量的另一個(gè)重要因素是超聲焊頭前端與待焊接面的距離,當(dāng)距離≤6mm時(shí),稱之為近場焊接,而距離>6mm,便稱為遠(yuǎn)場焊接。
近焊接時(shí),無定形材料和結(jié)晶性材料均能獲得良好的焊接質(zhì)量,而遠(yuǎn)場焊接不太適合于結(jié)晶性材料。為了使能量絕大部分損耗在焊接面上,超聲焊頭的設(shè)計(jì)極為重要。根據(jù)焊接件的尺寸和形狀,焊頭相應(yīng)設(shè)計(jì)成不同尺寸的圓形、錐形和矩形等形狀。同樣,焊接面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有多種形式,具有取決于塑料的類型、制件的結(jié)構(gòu)以及焊接要求。
超聲波焊接是采用超聲波激發(fā)塑料加工件高頻機(jī)械振動(dòng),產(chǎn)生熱量,以此來實(shí)現(xiàn)塑料件熔融和焊接的一種方法。焊接系統(tǒng)中的高頻電流發(fā)生器將普通電源的60Hz電源轉(zhuǎn)變成20-40kHz的高頻電流,并由換能器將其轉(zhuǎn)換為高頻振動(dòng)機(jī)械能,通過用來調(diào)節(jié)振幅強(qiáng)弱的振幅調(diào)節(jié)器將能力輸入焊頭,并由焊頭傳輸?shù)胶附用妗?br />
焊接時(shí)間、焊接壓力和振幅是焊接工藝中的三個(gè)主要參數(shù),通常的焊接時(shí)間為0.5-5s,焊接壓力0.2-0.5MPa,振幅10-50um。超聲波焊接的局限性是僅適用于焊接長度不超過數(shù)厘米的小型部件,較大尺寸的部件可采用多頭焊機(jī),但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、金屬嵌件插入法。金屬嵌件插入法,其原理是通過超聲波振動(dòng)使金屬嵌件與塑料摩擦生熱,塑料因熱軟化,此時(shí)將金屬嵌件插入熔化的塑料盲孔內(nèi)即可。
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