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如何解决常见的超声波焊接问题

文章来源:常州诺宇焊接科技有限公司  添加时间:2019-5-22 14:29:35

  超声波焊接是一种广泛认可和接受的连接热塑性材料的方法。它具有许多优点,包括工艺可靠性和可重复性,比其他连接技术更低的能耗,节省材料(因为不需要消耗品,如胶水或机械紧固件),并节省人力。



  但与任何过程一样,在某些情况下,此技术的明显问题可能会中断生产过程。解决和避免这些问题的关键是了解它们可能的起源。成功使用超声波焊接的处理器通常具有两个主要特征:它们具有良好记录,经过验证的焊接工艺; 这个过程由一个训练有素的常驻“冠军”支持和维护。如果这些重要因素中的一个或两个都不存在,你很快就会寻求帮助。即使两者都存在,您可能需要至少偶尔需要一些帮助或技术帮助。


  过程如何工作


  在检查超声波焊接问题的常见原因之前,让我们花点时间了解焊接循环本身。在超声波焊接中,通过振动工具(通常称为“喇叭”或“超声波发生器”)在两个部件的表面上施加高频振动。焊接发生在部件之间的界面处产生的摩擦热。超声波振动由一系列组件产生 - 电源,转换器,增压器和喇叭 - 为零件提供机械振动。


  如图1所示,电源采用标准电线电压并将其转换为工作频率。在下面的示例中,我们将使用20 kHz的常见超声波焊接频率,但焊接可以在15至60 kHz的范围内进行,以满足特殊需求。在操作中,电源通过RF电缆以指定频率将电能发送到转换器。转换器利用压电陶瓷将电能转换为电源工作频率下的机械振动。基于助力器和喇叭的配置,该机械振动可以增加或减少。适当的机械振动幅度由应用工程师确定,并且基于部件中使用的热塑性材料。


  待焊接的部件处于机械负载下,通常具有保持助力器和喇叭的气动致动器。在此负载下,机械振动传递到材料表面之间的界面,其聚焦振动以产生分子间和表面摩擦。这种摩擦产生热量和随后的熔化物,其凝固成焊接结合。


  超声波系统的基本组件是电源,执行器和堆栈(参见图2)。电源采用标称电压为120-240V的线电压,并将其转换为高压高频信号。它还包含以受控方式操作致动器和堆叠所需的编程,以实现所需的焊接结果。执行器可以是气动或电动伺服操作,可作为独立的台式单元使用,也可以集成到自动系统中,将超声波工具移向待连接的部件。它将所需的力施加到材料上,以帮助创建焊接条件。


  超声波堆栈完成了系统。它通过与部件的直接接触将振动能量传递到密封/连接表面。堆栈通常由三个部分组成:换能器或转换器(如上所述),其包含以施加的电源信号的频率振荡的压电陶瓷晶体。当这些晶体振荡时,它们在物理上膨胀和收缩,在换能器的输出侧产生可测量的机械运动(称为峰 - 峰幅度)。


  第二部分,增压器,在其中间部分带有一个连接环,有两个功能:它作为堆栈进入执行器的安装点,还用于放大或减少传感器中产生的输出运动。


  堆叠的第三个也是最后一个部件是喇叭(超声波发生器),它将与要连接的部件接触。喇叭将被设计成与待连接的刚性部件的轮廓相匹配,或者可以在薄膜/纺织品应用中具有添加到其接触面的密封轮廓。对于每种应用,喇叭设计为与其他堆叠组件组合以达到最佳振幅输出水平,以允许尽可能有效地进行超声波焊接。


  问题通常发生在以下四个方面之一:


  1. 设备:超声波焊接设备或各种焊接部件不适合应用。


  2. 工艺参数:使用的参数不适合所连接的零件。


  3. 材料:零件中使用的材料的类型,成分或物理/机械特性发生变化。


  4. 零件设计:零件几何形状的某些细节不适合可重复或成功的焊接。


  还应注意,有时在一个区域中发现的问题可能暴露另一个区域的弱点或不足。


  让我们从设备开始。认为在一个应用中产生成功焊接的设备和方法将在另一个应用中这样做是很容易且通常合乎逻辑的。但这并非普遍存在。在世界范围内,20-kHz超声波焊接机是迄今为止使用最广泛的焊机; 由于它们的多功能性,这些焊机可以提供高功率(高达6000 W)和高振幅输出,并且它们可以适应各种可用的工具尺寸。对于生产超声波焊接零件的合同制造商而言,20千赫的设备可能是一项巨大的投资,因为它为未来在许多应用中的应用提供了希望。


  然而,在某些情况下 - 特别是对于小而精密的部件 - 20kHz设备的高功率,高振幅能力可能对某些组件来说太“激进”,可能导致损坏。一种可能的解决方案是降低输入幅度,但如果施加的幅度低于被焊接聚合物的推荐水平,则这将不起作用。


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