振源越靠近焊縫接頭,因為材料吸收損失的能量就越小。當振源到接頭的距離小于6.4mm時(shí),該過(guò)程被稱(chēng)為近場(chǎng)焊接。適用于具有高能量吸收特性的結晶材料和低剛度的材料。當振源到接頭距離大于6.4mm時(shí),該過(guò)程被稱(chēng)為遠場(chǎng)焊接。適用于具有低能量吸收特性的無(wú)定形材料和高剛度材料。
在焊接過(guò)程中,超聲波振動(dòng)垂直于接頭表面。導能筋上尖點(diǎn)在壓力下與被焊接零件接觸。在尖點(diǎn)上產(chǎn)生大量的熱,導能筋開(kāi)始熔化。焊接過(guò)程可分為4個(gè)階段。
超聲波焊接的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
與其它塑料焊接工藝相比,生產(chǎn)效率更高,成本更低。模具設計相對簡(jiǎn)單,可實(shí)現快速換模,增加了設備的利用率和通用性。因為焊縫中不引入其它輔助焊接材料,所以焊縫干凈無(wú)雜質(zhì),不影響設備的生物相容性,也廣泛使用在要求更高的醫療保健行業(yè)。
應用領(lǐng)域
醫學(xué):過(guò)濾器、導管、醫用服裝、口罩。
電子和電器:開(kāi)關(guān)、傳感器、執行器等。
聚合物結構
半結晶塑料(Semicrystalline plastics)的分子結構有序排列。需要高熱量才能打斷其有序排列。熔點(diǎn)(Tm)很尖銳,只要溫度稍微下降,液態(tài)就會(huì )迅速發(fā)生固化。因此,從熱熔區域流出的熔體會(huì )迅速凝固。當處于固態(tài)時(shí),半結晶材料分子特性像彈簧,會(huì )吸收很大一部分超聲波振動(dòng),而不是將振動(dòng)傳遞給接頭區域。因此對于半結晶材料,需要采用高幅值輸出的焊頭,以產(chǎn)生足夠的熱量。
當填充劑含量超過(guò)10%時(shí),材料中的磨料顆粒會(huì )導致焊頭磨損。因此,建議使用硬質(zhì)合金鋼焊頭,或者表面有碳化鎢涂層的鈦合金焊頭??赡苓€需要選擇更高功率的超聲波設備,以便在接頭處產(chǎn)生足夠的熱量。
增塑劑,高溫有機液體或者低溫熔融固體增加了材料的柔軟性,降低了材料剛度。它們降低了聚合物內部分子間的吸引力,干擾了振動(dòng)能量的傳遞。高塑化材料如乙烯基,是非常差的超聲波振動(dòng)傳遞材料。增塑劑被認為是內部添加劑,但隨著(zhù)時(shí)間的推移會(huì )遷移到塑料表面,從而使得超聲波焊接幾乎無(wú)法實(shí)現。
材料中添加的阻燃劑、無(wú)機氧化物或鹵化有機元素(如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷),能夠抑制火點(diǎn)或改變材料的燃燒特性。在大多數情況下,它們是不可以焊接的。阻燃劑可占材料總重量的50%或以上,大大減少了可焊接材料的含量。對于此類(lèi)材料焊接,必須選擇高功率設備和大振幅焊頭,以及修改接頭設計增加接頭區域可焊接材料的含量。
發(fā)泡劑降低了材料傳遞超聲波振動(dòng)的能力。因為材料的低密度,以及分子結構中的大量孔隙,干擾了能量的傳遞。
脫模劑
含水量
不同種材料