1           用途及特点

1.1     用途：

超声波塑料焊接机用于可熔塑性塑料制品的焊接、铆接、成型、金属与塑料的镶嵌。广泛用于电子、电器、汽车零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工艺品、化妆品等各个行业。

1.2     特点：

超声波塑料焊接机采用电子程序控制，自动化程度高，操作容易，内置电子保护电路，使用安全，工作稳定可靠。还具有功率大，效率高等特点。

超声焊接具有焊接面牢固、气密性和水密性好、强度高，美观、环保的特点。

2        使用要求

2.1      电源电压：220 V/10A1P  50 Hz±5% 

2.2      压缩机排气量：0.1m3/min 

2.3      环境温度：0~40℃ 

2.4        相对湿度：35%~85%

2.5        大气压力：86~106Kpa

3        技术参数

4        工作原理

4.1     焊接原理：

在焊接时，换能器把20KHz/15KHz的大功率振动信号，转换为相应的机械能，施加于所需焊接的塑胶件的接触界面，焊件接合处剧烈摩擦瞬间产生高热量，从而使分子交替熔合，从而达到焊接效果。

只有分子结构相同或相近的塑料才能进行焊接。在焊接面上是分子间的化学结合，所以母体材料越相近，焊接效果越好（见图1）。

表示熔接状况最佳

表示熔接状况尚可 

表示不宜熔接

丙烯晴双烯苯乙烯ABS

ACRYLIC MULTIPOLYMER

缩西全树脂ACETAL

压克力ACRYLICS

纤维素CELLULOSICS

ABS/POLYCARBONATE

ABS/PVC

BDS

尼龙NYLON

聚碳酸脂POLYCARBONATE

聚酯树脂聚乙烯POLYESTER-PET

聚丙烯POLYROPYLENE

聚苯乙烯POLYSTYRENE

聚氯乙烯PVC

苯乙烯丙烯晴SAN

STYRENE-M-A

图1：热塑性塑料焊接的相容性

   超声波作用在焊件的接口上，即超声线。相对二个焊接面只有形成异向振动时才能焊接，同向振动不能焊接（见图2）。通过对焊件接口形状的设计和对超声波模具的设计，可以获得必要的异向振动条件（见图3）。

图2：焊件振动条件

异向振动                           同向振动

图3：焊接面形状图

    模具                   塑胶                   金属

1、熔接        2、埋值       3、铆接        4、点焊      5、成形

4.2  影响焊接质量的因素：

4．2．1 在进行焊接时，需要对焊件施加必要的压力，同时严格控制

焊接时间和超声功率。压力、时间、功率是确保焊接质量的三要素。

焊接压力：对焊件施加压力是为了给声组件形成一个较为稳定的焊接负载。由于对焊件施加静压力，焊件材料将由弹性向塑性过渡，这样，材料的粘弹系数增加了，就能吸收更多的超声能量。静压力还促进了分子相互扩散并挤去焊缝中的残余空气，从而达到水密和气密。

延时时间：当焊头对焊件施加压力达到某一预定值时，才触发超声发生器工作，使超声发生器一开始就处于负载相对稳定的工作状态。这有利于提高焊接质量，对设备稳定可靠的工作也是很重要的。

焊接时间：由于焊机的输出功率是一定的，焊件得到的能量与超声作用时间成正比，所以选择焊接时间是关键。焊接时间短了，出现虚焊，焊接时间长了，造成焊件变形，熔渣溢出，有时还会在非焊接部位出现热斑（变色）。焊接时间以短为好，一般在1秒以内，所以可以选择功率大一点的焊机。焊接时间需经过多次试验才能确定。

保压时间：超声停止后，焊件还要在压力下保持一段时间，以便冷却定型。

4．2．2  除了焊接设备外，来之于塑料内部或外部的各种因素，对焊接质量有一定的影响，应当引起重视。

    塑料的吸湿性：如果焊接潮湿的塑胶零件，水将在100℃时作为蒸汽跑出来在焊接面上出现气泡。这样一来，焊接面就失去了气密性。吸湿较为严重的有尼龙，丙稀酸和聚砜。用这些材料做的零件，焊前必须采取干燥措施。并贮存在聚乙烯袋里。

塑料中的填充物如玻璃纤维、滑石、云母，它们改变了材料的物理特性。塑料中填充料的含有率对塑料的可焊性和焊接质量有很大的关系。含有20%以内的填充料的塑料能正常进行焊接，不需要特殊的方法和设计。在这个范围内还可以改善某些塑料的可焊性。这时难以焊接的聚乙烯即使在远场也可以焊接了。当填充物超过20%时，因塑料表面存在着颗粒，焊头磨损就成了问题。这时，焊头要选用热处理过的钢或钛合金。填充物超过30%时，由于表面树脂不足，要求气密是不可能的。当填充物超过40%时，在焊接面上因缺少树脂而出现严重的沟道。

4．2．3 焊接面形状：

在超声塑料焊接中，焊件的焊接面形状设计是十分重要的。好的焊接面形状可以节省焊接能量，缩短焊接时间，提高焊接质量。焊接面形状的选取，取决于焊接材料，焊接类型以及质量要求。

焊接面形状一般在焊件模塑成型时做定，所以模具设计    师应了解超声焊接的基本原理和工艺要求。

5        结构特征：

超声波塑焊机由机械系统、气压系统、电器系统三部分组成。

5.1 机械系统：（见图4）

机械系统由底座、立柱、机头、滑动体、声组件、升降器六部分组成。机头安装在立柱上，可以沿立柱上下左右移动。升降器作用是平衡机头重量、调整机头位置。机头位置确定后，通过两个锁紧手柄固定在立柱上。

声组件（见图5）由换能器、增幅器、焊头三部分组成，通过螺栓使三部分紧密连成一个整体。声组件装在滑动体内。

换能器作用是把大功率相应频率的电信号，转换成相应的机械能。是一种电能转变为机械能的元器件。

增幅器类比于电路中的变压器，起机械阻抗变换和增大振幅作用。

焊头是根据焊接要求和焊件形状专业设计的，它还起着二组阻抗变换和增大振幅作用。从结构和形状看，焊头并不复杂，然而却需要最好的设计、最好的材料和加工技术。形状复杂、尺寸较大的焊头，设计难度很大，一般都由制造厂设计。

气压系统、电器系统均安装在机头上。

图4

5．2 气压系统：（见图6）

气压系统用压缩空气作动力，通过电磁阀切换气路，推动气缸活塞带动滑动体（连同声组件）作上下运动。用“压力调节”按钮控制气压大小，用单向阀控制升降速度。

5．3          电器系统：

5．3．1           定时电路：定时电路对焊接过程执行时序控制。通过机头面板上的按钮、开关可设定延时时间、焊接时间、保压时间。只要用手按下底座上的“启动”按钮，焊机将自动完成一次焊接过程。

5．3．2           超声发生器：超声发生器是向声组件提供电功率。通过调整“频率微调”按钮使超声发生器的频率与声组件的共振频率一致，根据焊件的面积和材料调整功率输出的大小。