工作时,在频率20-40kHz、振幅0.02mm左右的高频机械振动作用下,焊接面结合处的聚合物分子剧烈摩擦,由此产生的瞬间高温使焊接面迅速熔化,并在压力作用下,结合面融合为一体。整个焊接过程短的仅0.2s左右,较大的焊接件不超过5s。塑料的可焊接性与材料本身的物理性质有关,如材料的弹性模量、熔点、摩擦系数、冲击性能、导热性。
具有高弹性模量的材料对超声振动的内损耗较小,从而能将大部分能量传递到焊接面上。这就意味着,刚性材料比韧性材料有更好的焊接性能,软质塑料、低模量的热塑性塑料,并不是太适宜采用超声波焊接工艺。影响焊接质量的另一个重要因素是超声焊头前端与待焊接面的距离,当距离≤6mm时,称之为近场焊接,而距离>6mm,便称为远场焊接。
近焊接时,无定形材料和结晶性材料均能获得良好的焊接质量,而远场焊接不太适合于结晶性材料。为了使能量绝大部分损耗在焊接面上,超声焊头的设计极为重要。根据焊接件的尺寸和形状,焊头相应设计成不同尺寸的圆形、锥形和矩形等形状。同样,焊接面结构设计有多种形式,具有取决于塑料的类型、制件的结构以及焊接要求。
超声波焊接是采用超声波激发塑料加工件高频机械振动,产生热量,以此来实现塑料件熔融和焊接的一种方法。焊接系统中的高频电流发生器将普通电源的60Hz电源转变成20-40kHz的高频电流,并由换能器将其转换为高频振动机械能,通过用来调节振幅强弱的振幅调节器将能力输入焊头,并由焊头传输到焊接面。
焊接时间、焊接压力和振幅是焊接工艺中的三个主要参数,通常的焊接时间为0.5-5s,焊接压力0.2-0.5MPa,振幅10-50um。超声波焊接的局限性是仅适用于焊接长度不超过数厘米的小型部件,较大尺寸的部件可采用多头焊机,但结构复杂、金属嵌件插入法。金属嵌件插入法,其原理是通过超声波振动使金属嵌件与塑料摩擦生热,塑料因热软化,此时将金属嵌件插入熔化的塑料盲孔内即可。
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