超聲波焊接機使用指導書

1、. 超聲波焊接機使用指導書 目 錄一、 工作原理二、 產(chǎn)品規(guī)格及參數(shù)三、 結(jié)構(gòu)四、 操作要領(lǐng)五、 故障排除六、 焊頭設(shè)計七、 塑料相熔性八、 超聲波應用原理九、 電路圖工作原理熱可塑性塑料的超聲波加工，是利用工件接觸面間高頻的磨擦使分子間急速產(chǎn)生熱量，當此熱量足夠熔化工作時，停止超聲波振動，此時工作接面由熔融面固化，完成加工程序。通常用于塑料加工的頻率有28KHz、20KHz和15KHz，其中28KHz和20KHz在人耳聽覺范圍之外，故稱為超聲波，但15KHz仍在耳聽覺范圍之內(nèi)。產(chǎn)品規(guī)格及參數(shù)型 號SR 900SR1200SR1500SR2000清 粉 機功率900W1200W1500W200

2、0W工作頻率20KHZ20KHZ20KHZ20KHZ20KHZ工作電壓220V50HZ220V50HZ220V50HZ220V50HZ220V50HZ工作行程65mm65mm65mm65mm65mm工作氣壓27Kg/fcm227Kg/fcm227Kg/fcm227Kg/fcm227Kg/fcm2外型尺寸4006501200040065012000400650120004006501200040065012000重 量75Kg75Kg75Kg75Kg75Kg型 號SR1815SR2215SR2615SR3215SR4215工作頻率15KHZ15KHZ15KHZ15KHZ15KHZ功 率1800W

3、2200W2600W3200W4200W工作電壓220V50HZ220V50HZ220V50HZ220V50HZ220V50HZ工作行程100MM100MM100MM100MM100MM工作氣壓28Kg/FCM228Kg/FCM228Kg/FCM228Kg/FCM228Kg/FCM2外型尺寸4106201150410620115041062011507501020200075010202000重 量75Kg75Kg75Kg750Kg750Kg結(jié) 構(gòu)本機器由超聲波發(fā)生器、超聲換能系統(tǒng)、程序控制及氣動機架系統(tǒng)幾部分組成A：組件名稱（見附圖1）（1）升降速度 （2）焊接時間 （3）保壓時間 （4）氣

4、壓表 （5）調(diào)壓器 （6）超聲測試開關(guān)（7）焊頭升降開關(guān) （8）觸發(fā)開關(guān)機構(gòu) （9）分水器（10）機體固定把手 （11）升降手輪 （12）換能器固定座（13）換能器固定螺絲 （14）二級桿 （15）焊頭（16）觸發(fā)開關(guān) （17）急停開關(guān) （18）限位螺栓（20）電源開關(guān) （21）過載指示燈 （22）超聲測試開關(guān)（23）負載電流表 （24）調(diào)頻電感 （25）散熱風口（26）控制插座 （27）超聲輸出插座 （28）保險絲座（29）電源線入口 （30）振幅調(diào)節(jié)開關(guān) B：組件名稱及功能（1） 升降速度：調(diào)節(jié)此旋鈕可調(diào)節(jié)焊頭上下的速度，順時針旋轉(zhuǎn)減速、反之加速。（2） 焊接時間：此旋鈕為一波段開關(guān)，實為

5、一可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)超聲波焊接的時間。（3） 保壓時間：此旋鈕同焊接時間旋鈕相同，用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射完后，塑料件固化的時間。（4） 氣壓表：指示工作氣壓。（5） 調(diào)壓器：用于調(diào)節(jié)工作氣壓，將旋鈕拔出即可調(diào)節(jié)，調(diào)好后再壓入即可。（6） 超聲測試開關(guān)：輕觸開關(guān)，即可發(fā)送超聲波，一般用于檢測超聲波是否正常。（7） 焊頭升降開關(guān)：主要用于校對模具，該開關(guān)為自鎖開關(guān)，按下后需重按復原。（8） 觸發(fā)開關(guān)機構(gòu)：用于控制自動程序下超聲波的觸發(fā)，如該機構(gòu)是時間繼電器，則表示從觸發(fā)開始到超聲波發(fā)出之間的延時時間；如該機構(gòu)是拔盤，則是壓力觸發(fā)，調(diào)節(jié)拔盤，即可得到相關(guān)的觸發(fā)壓力。（9） 分水器：用于分離壓縮空氣中的水分，

6、請在積水半滿時將杯底針向上壓，以排出積水。（10） 機體固定把手：用于固定上部機架。（11） 升降手輪：將（10）松開后即可調(diào)整機架高低。（12） 換能器固定座：用于固定換能器系統(tǒng)。（13） 換能器固定螺絲：（14） 二級桿：又叫增幅器，用于放大換能器輸出振幅。（15） 焊頭：又叫焊模，將超聲波能量傳至工件。通常為諧振頻的半波長，材料多為鈦合金或鋁合金，鋁合金焊頭易在工作物上留下氧化物，可以電鍍或使用防熱塑料膜來防止。*注意*焊頭不可以任意修改，否則會改變其諧振頻率及機械強度，容易導致?lián)Q能器或電器零件損壞。（16） 觸發(fā)開關(guān)：兩邊開關(guān)同時觸發(fā)，可實現(xiàn)正常程序。（17） 急停開關(guān)：該開關(guān)為自鎖開

7、關(guān)，一經(jīng)觸發(fā)，則焊頭不能下降。如觸發(fā)后應旋鈕復位，便于程序運作。（18） 限位螺栓：調(diào)節(jié)螺栓上螺母位置，可限制焊頭下降的高度，控制塑料件熔接深度。（20）電源開關(guān)：打開此開關(guān)后，電源導通，指示燈亮，風扇開始運轉(zhuǎn)。（21）過載指示燈：當本機超聲波振動異常時，此燈會亮，并停止發(fā)振。（22）超聲測試開關(guān)：觸發(fā)即有超聲波發(fā)生，用于檢驗聲波是否正常。（23）負載電流表：空載時，表示焊頭諧振的程度，（指針越低越好，視焊頭與輸出段數(shù)而異，通常在5%15%或300MA900MA之間）負載時表示輸出功率的大小。（視工件而定）。（圖見下頁）（24）調(diào)頻電感：調(diào)節(jié)電路部分的工作頻率與機械振動諧振頻率相匹配。（詳細步

8、驟，請參照操作要領(lǐng)。）（26）控制插座：利用電纜連接，傳輸控制回路信號。（27）超聲輸出插座：利用電纜連接，將高壓電信號傳輸給換能器。（28）保險絲座：容納保險絲。（30）振幅調(diào)節(jié)開關(guān)：選定適當?shù)暮割^輸出振幅，以配合工作之要求，該開關(guān)只有1.2.3三檔，其余皆為空檔，且只有15KHz機型才有。操作要領(lǐng)：1、 機器工作原理：將220V/50HZ的電源供電，轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz或15KHz的高壓電能，利用換能器轉(zhuǎn)換成機械能，機械振動經(jīng)二級桿放大經(jīng)焊頭傳遞至被加工物，利用空氣壓力，產(chǎn)生工件接觸面加壓摩擦熔接的效果。2、 安裝程序：A：將機架上的三根電纜分別接入底座和發(fā)生器的插座上，并擰緊。B：安裝好換能

9、器系統(tǒng)，并擰緊固定螺絲。C：調(diào)整機架高度并擰緊機體固定把手。D：觀察底座上急停開關(guān)是否復位，如未，請復位。E：連接好氣源及電源，并接好地線。F：將焊頭與二級桿之間的接觸面擦拭干凈，在兩個端面上涂抹少量硅油或黃油，將螺桿擰入焊頭一邊擰緊，然后將焊頭與二級桿這宰用螺桿連接，并用板手鎖緊。G：操作前，請務必做超聲檢測，以確定發(fā)生器頻率與換能器系統(tǒng)機械諧振頻率一致。尤其是更換焊頭或改變輸出振幅之后，不可疏忽。H: 如果檢修了聲焊機電路等部分，先要測試一下電路是否正常，為防止瞬間擊穿內(nèi)部大功率管，可先開一下電源開關(guān)然后馬上關(guān)閉（給內(nèi)部電容充一次電），然后按一下超聲測試按鈕，聽聲波是否正常，看負載表電流是

10、否過大。3、 超聲波檢測：為了達到最佳的使用效果并維護本機的性能，調(diào)整發(fā)生器與換能器系統(tǒng)的諧振，非常重要。A：調(diào)諧前，確保焊頭與二級桿之間必需鎖緊。調(diào)諧時，焊頭不要接觸其它物品。B：打開電源開關(guān)，此時電源指示燈亮。C：按下超聲波測試開關(guān)，并注視負載表，（如電流表指針超30%或超過2A，則按下超聲測試開關(guān)的時間要非常短），調(diào)整調(diào)諧電感，左右旋轉(zhuǎn)直到負載電表批示在最小位置，通常在5%-15%或300MA-900MA之間。D：因本機設(shè)有卡位，所以調(diào)諧電感的調(diào)整范圍只有360度，如焊頭的頻率同20KHZ或15KHZ相差較遠時，需打開機蓋，拆開固定位進行調(diào)整。*注意*（1）：調(diào)整調(diào)諧電感時，負載表電流大

11、小變化，并非表示功率輸出大小，只表示發(fā)生器與換能器系統(tǒng)諧振程度，（電流越小，諧振越好）。如需要較大振幅輸出，可改變二級桿的品種。（15KHz機還可調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開關(guān)，但不可在有超聲波時調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開關(guān)，以防高壓電擊。）（2）：負載表空載時，表示諧振程度；帶負載時，表示輸出能量。（3）：調(diào)諧時，如過載指示燈亮，應立即松開測試開關(guān)，過5秒鐘之后，調(diào)整調(diào)諧電感，再做超聲波檢測。（4）：正確的調(diào)諧非常重要，如果無法達到正常情況，請參照故障檢測表，不可勉強使用，以免損壞機器。4、 校模：為達到高的生產(chǎn)效率，焊頭與塑料件之間的距離應盡量縮短但仍需留有足夠的空間方便取放塑料件。1、 將塑料件放在底座中調(diào)整氣壓

12、在2Kg左右，利用焊頭升降開關(guān)來使上下摸對準。2、 選擇適合的焊頭與塑料件之間的距離鎖緊機架固定把手。3、 調(diào)整限位螺栓使焊頭下降壓緊塑料件之后仍有0.2mm左右的空間。（對于焊接深度要求較高的塑料件，此空間相應加大）。4、 調(diào)整焊接、保壓時間、氣壓、試焊樣件。5、 觀察樣件,如發(fā)現(xiàn)焊接不均勻,則需要細調(diào)底座的平衡,一般原則為焊接部位熔接越厲害,則應調(diào)低，在底座相反位置墊上紙片等抬高底座對應位置，使塑料件與焊頭吻合良好。6、（附記）：影響塑料件超聲加工的因素如下：（1）、接觸面的設(shè)計 （2）、焊接線的設(shè)計 （3）塑料材質(zhì)（4）塑料件外形和尺寸 （5）焊接面與焊頭之間距離 （6）焊頭的設(shè)計（7）

13、焊頭的振幅 （8）校模的準確性 （9）焊接壓力、時間參數(shù)的選擇5、 超聲波焊接操作步驟1、 選擇振幅、二級桿2、 調(diào)諧頻率3、 校模1、 選擇振幅、二級桿2、 調(diào)諧頻率 3、 校模 設(shè)定氣壓,焊接時間保壓時間等參數(shù)試焊 1、 調(diào)低氣壓2、 減小延遲時間3、 降低振幅段數(shù)4、 改用較大功率機型 負載正常 過載 檢驗產(chǎn)品良好 不良 過 熔 時1、 減小熔接時間,壓力2、 降低振幅段數(shù) 焊接不夠1、 增加熔接時間或氣壓2、 增加振幅段數(shù)3、 改用較大功率機型1、選擇較大比例二級桿 確定所有參數(shù) 故障排除（1）焊接故障 現(xiàn) 象原 因解 決 方 法熔接過度輸入塑料件能量太多1、 降低氣壓2、 減少焊接時

14、間3、 降低振幅段數(shù)4、 更換低倍數(shù)二級桿熔接不足輸入塑料件能量太少1、 增加氣壓2、 加長焊接時間3、 增大振幅段數(shù)4、 更換高倍數(shù)二級桿5、 使用較大功率的機型熔接效果不一致1、 注塑模變化2、 使用水喉料或次料3、 填加物比例變化1、 檢查注塑模是否磨損2、 改進所用材料3、 固定填加物成份非熔接面損傷1、 焊頭與塑料接觸面不吻合2、 超聲波集中損傷1、 修理焊頭與底模使之與塑料件吻合2、 修理焊頭在相關(guān)位置避空塑料件開裂、震斷1、 超聲波振幅過大2、 塑料件強度不夠1、 選擇低倍數(shù)二級桿2、 減少輸出振幅3、 塑料加加強筋或加厚塑料件表面穿孔1、 超聲波振幅不夠，超長時間焊接所致2、

15、超聲波集中損傷1、 提高輸出振幅，減少焊接時間，有必需時更換較大功率的機型2、 焊頭相應位置避空3、 塑料件加強厚度或加加強筋（2）機器故障現(xiàn) 象原 因解 決 方 法打開電源無顯示保險絲熔斷1、 檢查功率管是否短路2、 更換保險絲超聲波測試無電流顯示1、 功率管燒毀2、 高壓電容燒毀3、繼電器控制線路部分有故障 更換相關(guān)燒毀零件起聲波測試電流偏大、過載1、 焊頭沒鎖緊或有裂紋2、 若不帶焊頭，電流大，此換能器或二級桿老化或有裂紋3、 功率管特性有變異或燒毀4、 功率放大電路部分有故障更換相關(guān)零件焊接時電流偏大、過載1、 氣壓偏高2、 焊頭過大，沖擊電流大3、 觸發(fā)壓力高，延遲時間長4、 二級桿

16、變比偏高1、 調(diào)低氣壓2、 使用較大功率機型3、 調(diào)低觸發(fā)壓力，減少延遲時間4、 換用低倍數(shù)二級桿觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)焊頭不落1、 急停開關(guān)未復位2、 觸發(fā)開關(guān)不能同時觸發(fā)或其中一個接觸不良3、 程序控制板有問題1、 將急停開關(guān)復位2、 檢測使兩個觸發(fā)開關(guān)能同時觸發(fā)3、 檢測程序板排除故障，一般為IC問題觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)后，超聲時間非常長或者保壓時間非常長焊接時間或保壓時間波段開關(guān)斷路調(diào)整波段開關(guān)觸點，使之接觸良好觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)后，超聲波不能觸發(fā)1、 壓力觸發(fā)開關(guān)損壞2、 程序板有問題1、 更換壓力觸發(fā)開關(guān)或小彈簧2、 檢測程序板排除故障，一般為IC問題超聲波原理：我們知道正確的波的物理定義是：振動在物體中

17、的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個條件：一是振動源，二是傳播介質(zhì)。波的分類一般有如下幾種：一是根據(jù)振動方向和傳播方向來分類。當振動方向與傳播方向垂直時，稱為橫波。當振動方向與傳播方向一致時，稱為縱波。二是根據(jù)頻率分類，我們知道人耳敏感的聽覺范圍是20HZ-20000HZ，所以在這個范圍之內(nèi)的波叫做聲波。低于這個范圍的波叫做次聲波，超過這個范圍的波叫超聲波。波在物體里傳播，主要有以下的參數(shù)：一是速度V，二是頻率F，三是波長。三者之間的關(guān)系如下：V=F.。波在同一種物質(zhì)中傳播的速度是一定的，所以頻率不同，波長也就不同。另外，還需要考慮的一點就是波在物體里傳播始終都存在著衰減，傳播的距離越遠，能量

18、衰減也就越厲害，這在超聲波加工中也屬于考慮范圍。1、 超聲波在塑料加工中的應用原理：塑料加工中所用的超聲波，現(xiàn)有的幾種工作頻率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙，在加壓的情況下，使兩個塑料件或其它件與塑料件接觸部位的分子相互撞擊產(chǎn)生融化，使接觸位塑料熔合，達到加工目的。2、 超聲波焊機的組成部分和原理超聲波焊接機主要由如下幾個部分組成：發(fā)生器、氣動部分、程序控制部分，換能器部分。發(fā)生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉(zhuǎn)化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。氣動部分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。程序控制

19、部分控制整部機器的工作流程，做到一致的加工效果。換能器部分是將發(fā)生器產(chǎn)生的高壓電波轉(zhuǎn)換成機械振動，經(jīng)過傳遞、放大、達到加工表面?，F(xiàn)在國內(nèi)應用較多的發(fā)生器一般有兩種：一種是以美國BRANSON公司為代表，所采用的橋式功放電路，保護電路采用相位保護，工作頻率一般為20KHZ。其優(yōu)點是電轉(zhuǎn)換效率高，缺點是頻率調(diào)節(jié)電感調(diào)節(jié)范圍窄，頻率跟蹤性能較差。另一個缺點是功率不可能做得很大，最大也就是3KW左右；另一種是臺灣型機器，普遍采用B類功放、過流保護、橋式反饋。優(yōu)點是功率可以做得較大（如4.2KW），頻率跟蹤性能好，大功率情況下一般采用15KHZ的工作頻率。缺點是電轉(zhuǎn)化效率較低，15KHZ的工作頻率是人耳

20、所能聽到的，反映出噪聲較大；另外還有瑞士、德國、日本的采用頻率自動跟蹤技術(shù)的機器。因其價格較高 ，國內(nèi)并不常見。換能器部分由三部分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。 換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號。將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號有兩種物理效應可以應用。A：磁致伸縮效應。B：壓電效應的反效應。磁致伸縮效應在早期的超聲波應用中較常使用，其優(yōu)點是可做的功率容量大；缺點是轉(zhuǎn)化效率低，制作難度大，難于大批量工業(yè)生產(chǎn)。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發(fā)明，使壓電效應反效應的應用得

21、以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉(zhuǎn)換效率高，大批量生產(chǎn)等優(yōu)點，缺點是制作的功率容量偏小?，F(xiàn)有的超聲波機器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個金屬的前后負載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10m左右。 變幅桿（BOOSTER）：變幅桿本身就是一條金屬柱，通過形狀的設(shè)計，可以將換能器傳遞過來的振幅進行放大，達到加工塑料件所需能量振幅，相當于加熱的溫度，如我們常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅為20m左右；尼龍、聚丙稀所需的加工振幅為50m左右。 焊頭（HORN）：焊頭的作用是對于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。換能器、變幅桿、

22、焊頭均設(shè)計為所工作的超聲頻率的半波長，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過特別的設(shè)計；任何的改動均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業(yè)制作。耐用根據(jù)所采用的材料不同，尺寸也會有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。4、超聲波焊接機的參數(shù)及調(diào)節(jié)方法：一般的超聲波焊接機上有如下的參數(shù)是可以調(diào)節(jié)的：A：超聲波發(fā)生器上的調(diào)諧旋鈕：這是超聲波焊機最關(guān)鍵的一個調(diào)節(jié)旋鈕。其調(diào)節(jié)目的是使超聲波發(fā)生器所發(fā)出的高壓電信號頻率同換能器部分的機械諧振頻率一致。方法是輕觸測試開關(guān)、左右設(shè)防

23、該旋鈕，使負載指示的電流為最小，即可完成調(diào)諧步驟。B：振幅檔：此旋鈕有些機種上沒有這個旋鈕，其功能是通過調(diào)節(jié)發(fā)生器的輸出電壓，達到高速輸出振幅的目的。C：氣動部分：包括調(diào)速器、氣壓調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)速器用于調(diào)節(jié)氣缸的上、下速度。氣壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)工作氣壓。D：熔接時間（WELD TIME）：用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射的時間，一般的塑料件熔接時間為0.6S以下，通常超過1.5S熔接時間均可視作失敗熔接（可視作振幅不夠，或設(shè)計不合理）。E：保壓時間（HOLD TIME）：保壓時間相當于加工塑料件之后的固化時間，通常如果塑料件的固定位設(shè)置得好，此時間可不用考慮，如果塑料件內(nèi)部有彈簧等部件，該時間應相應調(diào)長。F：觸發(fā)

24、調(diào)節(jié)：觸發(fā)調(diào)節(jié)有兩種方式，一種是延時觸發(fā)。這種調(diào)節(jié)一般指示為延遲時間（DELAY TIME）。其所指為從觸發(fā)機器開始到超聲波發(fā)射為止的時間。通過調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)先發(fā)射超聲波再熔接，或先壓緊塑料件再觸發(fā)超聲波。另一種是壓力觸發(fā)。這種觸發(fā)方式常見于美國BRANSON形式的超聲波焊接機中，其原理是調(diào)節(jié)壓緊塑料件的力度來觸發(fā)超聲波。對于較大的塑料件，為防止起振失敗，多采用先觸發(fā)超聲波再熔接，或以較小的觸發(fā)力度。5、塑料件材料對超聲波焊接的影響超聲波在塑料件中傳播，塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減，從而對超聲加工效果產(chǎn)生一定的影響，塑料一般有非晶體材料之分，按硬度有硬膠和軟膠之分，還有模數(shù)的區(qū)分，通俗

25、地來說，硬度高，低熔點的塑料超聲加工性能優(yōu)于硬度低、高熔點的塑料。因此，這就牽涉到超聲波加工距離的遠近問題，詳見第7節(jié)遠、近距離焊接。6、塑料件的加工條件對超聲焊接的影響塑料件經(jīng)過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產(chǎn)生一定影響的因素。A：濕度缺陷：濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過程中形成，濕度缺陷在焊接中衰減有用能量，使密封位滲水，加長焊接時間，所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。B：注塑過程的影響：注塑過程參數(shù)的調(diào)整會引致如下缺陷： 尺寸變化(收縮、彎曲變形) 重量變化 表面損傷 統(tǒng)一性不佳C：保存期：塑料件注塑加工出來后，一般最少放

26、置24小時后，再進行焊接，以消除塑料件本身應力、變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。D：再生塑料再生塑料的強度比較差，對超聲波焊接適應性也較差，所以如用再生塑料，各種設(shè)計尺寸均要酌情加以考慮。E：脫模劑和雜質(zhì)脫模劑和雜質(zhì)對超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑、雜質(zhì)等震開，但對于要求密封、或在高強度的情況下，應盡可能去除。在有些情況下，先清洗塑料件是必要的。7、塑料件的設(shè)計現(xiàn)代注塑方式能有效提供比較完美的焊接用塑膠件。當我們決定用超聲波焊接技術(shù)完成熔合時，塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須首先考慮如下幾點： 焊縫的大小(即要考慮所需強度) 是否需要水密、氣密 是否需要

27、完美的外觀 避免塑料熔化或合成物的溢出 是否適合焊頭加工要求焊接質(zhì)量可以通過下面幾點的控制來獲得： 材質(zhì) 塑料件的結(jié)構(gòu) 焊接線的位置和設(shè)計 焊接面的大小 上下表面的位置和松緊度 焊頭與塑料件的接觸面 順暢的焊接路徑 底模的支持 為了獲得完美的、可重復的熔焊方式，必須遵循三個主要設(shè)計方向： 最初接觸的兩個表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量(即接時間)來完成熔接。 找到適合的固定和對齊的方法，如；塑料件的接插孔、臺階或企口之類。 圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相互緊密接觸的。如果可能的話，接觸面盡量在同一個平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時保持一致。下面就對塑料件設(shè)計中的要點進

28、行分類舉例說明：7.1整體塑料件的設(shè)計7.1.1塑料件的結(jié)構(gòu)塑料件必須有一定的剛性及足夠的壁厚。太薄的壁厚有一定的危險性，超聲波焊接時是需要加壓的，一般氣壓為2-6Kg f/cm2。所以塑料件必須保證在加壓情況下基本不變形。7.1.2罐狀或箱形塑料等，在其接觸焊頭的表面會引起共振而形成一些集中的能量聚焦點，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況（如圖1所示），在設(shè)計時可以在罐狀頂部做如下考慮： 圖1 帶尖角 圖2 帶圓弧過渡 1、加厚塑料件 2、增加加強筋 3、焊頭中間位置避空7.1.3尖角如果一個注塑出來的零件出現(xiàn)應力非常集中的情況，比如尖角位，在超聲波的作用下會產(chǎn)生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R

29、角。如圖2所示。7.1.4塑料悠揚的附屬物注塑件內(nèi)部或外部表面附帶的突出或細小件會因超聲波振動產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等（如圖3所示）。通過以下設(shè)計可盡可能減小或消除這種問題： 在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角，或加加強筋。 增加附屬物的厚度或直徑。 圖3 圖47.1.5塑料件的孔和間隙如被焊頭接觸的零件有孔或其它開口，則在超聲波傳遞過程中會產(chǎn)生干擾和衰減。（如圖4所示）。根據(jù)村料類型（尤其是半晶體材料）和孔的大小，在開口的下端會直接出現(xiàn)少量焊接或完全熔不到的情況，因此要盡量預以避免。7.1.6塑料件中薄而彎曲的傳遞結(jié)構(gòu)被焊頭接觸的塑料件的形狀中，如果有薄而彎曲的結(jié)構(gòu)，而且需要用

30、來傳遞超聲波能量的時候，特別對于半晶體材料，超聲波震動很難傳遞到加工面（如圖5所示）。對這種設(shè)計應盡量避免。圖57.1.7 近距離和遠距離焊接近距離焊接指被焊接位距離焊頭接觸位在6mm以內(nèi)，遠距離焊接則大于6mm。超聲波焊接中的能量在塑料件傳遞時會被衰減，尤以非晶體材料為甚。在非晶體塑料中，由于分子的無序排列，振動基本不衰減地傳遞。衰減在低硬度塑料里也較厲害。因此設(shè)計時，要特別注意到要讓足夠的能量傳送到加工區(qū)域。遠距離焊接，對于硬膠（如PS、ABS、AS、PMMA）等比較適合，一些非晶體塑料（如POM、PETP、PBTB、PA）通過合適的形狀設(shè)計也可用于遠距離焊接。7.1.8塑料件焊頭接觸面的

31、設(shè)計注塑件可以設(shè)計成任何形狀，但是超聲波焊頭并不能隨意制作。形狀、長短均可能影響焊頭頻率、振幅等參數(shù)。焊頭的設(shè)計需要有一個基準面，即按照其工件頻率決定的基準頻率面?；鶞暑l率面一般占到焊頭表面的70%以上的面積，所以，注塑件表面的突起等形狀最好小于整個塑料而后30%。平滑、圓弧過渡的塑料件表面，則此標準可以適當放寬。且突出位盡量位于塑料件的中部或?qū)ΨQ設(shè)計。塑料件焊頭接觸面至少大于熔接面，且盡量對正焊接位。過小的焊頭接觸面（如圖6所示），會引起較大的損傷和變形，以及不理想的熔接效果。在焊頭表面有損傷紋，或其形狀與塑料件配合有少許差異的情況下，焊接進，會在塑料件表面留下傷痕。避免方法是：在焊頭與塑料

32、件表面之間墊薄膜（例如PE膜等）。圖67.2焊接線的設(shè)計焊接線是超聲波直接作用熔化的部分，其基本的兩種設(shè)計方式： 能量導向 剪切設(shè)計所有其它的變化都可歸類于這兩種類型或混和類型。7.2.1能量導向能量導向是一種典型的在將被焊接的一個面注塑出突起三角形柱。能量導向的基本功能是：集中能量，使其快速軟化和熔化接觸面。能量導向允許快速焊接，同時獲得最大的力度。在這種導向中，其材料在部分流向接觸面。能量導向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。能量導向柱的大小和位置取決于如下幾點： 材料 塑料件結(jié)構(gòu) 使用要求。圖7所示為能量導向柱的典型尺寸。當使用較易焊接的材料，如聚苯乙稀等硬度高、熔點低的材料時，建議高度最低為

33、0.25mm。當材料為半晶體材料或高溫混合脂時（如聚乙碳），則高度至少要為0.5mm。當用能量導向來焊接半晶體樹脂時（如乙縮荃、尼龍），最大的連接力主要從能量導向柱的底盤寬度來獲得。圖7沒有規(guī)則說明能量導向應做在塑料件哪一面，特殊情況要通過實驗來確定。當兩個塑料件村質(zhì)、強度不同時，能量導向一般設(shè)置在熔點高和強度低的一面。根據(jù)塑料件要求（例如水密、氣密性、強度等），能量導向設(shè)計可以組合、分段設(shè)計。例如：只是需要一定的強度的情況下，分段能量導向經(jīng)常采用（例如手機電池等）。如圖8所示。圖87.2.2能量導向設(shè)計中對位方式的設(shè)計上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料

34、平行松動位必須很小，一般小于0.05mm?；镜哪芰繉蚩珊喜檫B接設(shè)計，而不是簡單的對接，包括對位方式。采用能量導向的不同連接設(shè)計后例子包括以下幾種：插銷定位：圖9所示為基本的插銷定位方式，插銷定位中應保證插銷件的強度，防止超聲波震斷。圖9臺階定位：圖10所示為基本的臺階定位方式，如h大于焊線的高度 ，則會在塑料件外部形成一條裝飾線，一般裝飾線的大小為0.25mm左右，創(chuàng)出更吸引人的外觀，而兩個零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。圖11所示臺階定位，則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺階定位，則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺階定位為雙面定位，可防止內(nèi)外溢料。企口定位：如圖14所示（見上頁），采用這種設(shè)計的好處

35、是防止內(nèi)外溢料，并提供校準，材料容易有加強密封性的獲得。但這種方法要求保證凸出零件的斜位縫隙，因此使零件更難于注塑，同時，減小了焊接面，強度不如直接完全對接。底模定位：如圖15所示，采用這種設(shè)計，塑料件的設(shè)計變得簡單，但對底模要求高。通常會引致塑料件的平行移位，同時底模固定太緊會影響生產(chǎn)效率。圖15 圖16焊頭加底模定位：如圖16所示，采用這種設(shè)計一般用于特殊情況，并不實用及常用。其它情況：A：如圖17所示，為大型塑料件可用的一種方式，應注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣，上塑料件凸緣必須接觸焊頭，上塑料件的上表面離凸緣不能太遠，如必要情況下，可采用多焊頭結(jié)構(gòu)。B：如連接中采用能量導向，且將兩個

36、焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個焊接的質(zhì)量和力度。通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。圖17 圖18 圖19C：在焊接不易熔接的樹脂或不規(guī)則形狀時，為了獲得密封效果，則有必要插入一個密封圈。如圖18所示。需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接，比如熱成形的硬紙板（帶塑料涂層），與一個塑料蓋的焊接。7.2.3剪切式設(shè)計在半晶體塑料（如尼龍、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯和熱塑聚脂）的熔接中，采用能量導向的連接設(shè)計也許達不到理想的效果。這是因為半晶體的樹脂會很快從固態(tài)轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài)，或者說從融化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，而且是經(jīng)過一個相對狹窄的溫度范圍，從能量導向柱流出的

37、融化物在還沒與相接界面融合時，又將很快再固化。因此，在這種情況下，只要幾何原理允許，我們推薦使用剪切連接的結(jié)構(gòu)。采用剪切連接的設(shè)計，首先是熔化小的和最初接觸的區(qū)域來完成焊接，然后當零件嵌入到一起時，繼續(xù)沿著其垂直壁，用受控的接觸面來融化。如圖20所示，這樣，可獲得強勁結(jié)構(gòu)或很好的密封效果，因為界面的熔化區(qū)域不會讓周圍的空氣進來。由于此原因，剪切連接尤其對半晶體樹脂非常有用。 圖20 圖21剪切連接的熔接深度是可以調(diào)節(jié)的，深度不同所獲得的強度不同，熔接深度一般建議為0.8-1.5mm。當塑料件壁厚較厚及強度要求高時，熔接深度建議為1.25x壁厚。圖21所示為幾種基本的剪切式結(jié)構(gòu)：剪切連接要求一個

38、塑料壁面有足夠強度能支持及防止焊接中的偏差。有需要時，底模的支撐高于焊接位，提供輔助的支撐。下表所示為零件大小尺寸和接觸面、零件誤差的大概尺寸：零件最大尺寸接觸面尺寸零件尺寸允許誤差18mm0.2mm-0.3mm0.025mm18mm-35mm0.3mm-0.4mm0.05mm35mm0.4mm-0.6mm0.075mm當零件尺寸大于90mm時，或零件有不規(guī)則的形狀時，建議不采用剪切連接。這是因為注塑時很難控制誤差及變形使其保持一致。如果是上述情況，建議采用能量導向的形式。圖22所示為雙面剪切式設(shè)計圖23所示為扣式焊線設(shè)計，用于高強度，但上下塑料件不接觸的情況下。在特殊情況下，可用于增加密封圈的情況。 圖22 圖238、超聲應用8.1超聲焊接圖24、25所示分別為近、遠距離焊接的實例。圖24 圖258.2超聲波點焊當塑料件為較大平面的平板或沒有焊線的情況下，需要采用超聲波點焊。圖26所示點焊的設(shè)計方法。焊頭穿透上部塑料件后，熔融的塑料圍繞點焊的位置形成一個熔融的圓環(huán)，從而將兩塊平板牢牢地結(jié)合。一般上