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影響超聲波塑料焊接的因素

其最主要的因素包括聚合物結構，熔化溫度、柔韌性（硬度）、化學(xué)結構。

1、聚合物結構：

非結晶聚合物分子排列無(wú)序、有明顯的使材料逐步變軟、熔化 及至流動(dòng)的溫度（Tg玻璃化溫度）。這類(lèi)樹(shù)脂通常能有效傳輸超音速振動(dòng)并在相當廣泛的壓力/振幅范圍內實(shí)現良好的焊接。

半結晶型聚合物分子排列有序，有明顯的熔點(diǎn)（Tm熔化溫度）和再度凝固點(diǎn)。固態(tài)的結晶型聚合物是富有彈性的，能吸收部分高頻機械振動(dòng)。所以此類(lèi)聚合物是不易于將超聲波振動(dòng)能量傳至壓合面，幫要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化熱度）才能把半結晶型的結構打斷從而使材料從結晶狀態(tài)變?yōu)檎沉鳡顟B(tài)，這也決定了這類(lèi)材料熔點(diǎn)的明顯性，熔化的材料一旦離開(kāi)熱源，溫度有所降低便會(huì )導致材料的迅速凝固。所以必須考慮這類(lèi)材料的特殊性（例如：高振幅、接合點(diǎn)的良好設計、與超音夾具的有效接觸、及優(yōu)良的工作設備）才能取得超聲波焊接的成功。

2、熔化溫度

聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多.

3、硬度（彈力系數）

材料的硬度對其是否能有效傳輸超音速振動(dòng)是很有影響的?？偟恼f(shuō)來(lái)，愈硬的材料其傳導力愈強。

4、 化學(xué)結構

超聲粘接是塑膠玩具業(yè)中使用得非常廣泛的一種緊固聯(lián)接的方法，但并非所有的塑膠都可以超聲粘接的。這跟塑膠的性能有關(guān)系，一般來(lái)講，非極性化合物(如PP， PE)是很難超聲的，極性化合物是可以超聲的，而且極性化合物之間也是可以超聲的，如PS與PMMA之間是可以超聲的，典型的產(chǎn)品，如望遠鏡系列，望遠鏡的鏡片是PMMA的，而鏡身可能是PS或者ABS，就可直接把PMMA鏡片超聲粘接到PS或者ABS鏡身上，而一般來(lái)說(shuō)，玩具產(chǎn)品中的硬膠使用得最多的就是聚苯乙烯（PS）及其改良品種，所以超聲粘接使用得最多的就是PS。

設備配置

超聲波塑料焊接設備由氣壓傳動(dòng)系統、控制系統、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機械裝置等組成。

1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統

包括有：過(guò)滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節流閥、氣缸等。

工作時(shí)首先由空壓機驅動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據焊接需要調定。

2、控制系統

控制系統由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開(kāi)氣路閥門(mén)，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統將氣路閥門(mén)換向，使焊頭回升復位；二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過(guò)程。整個(gè)控制系統的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號，氣壓傳動(dòng)系統，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間，去除超聲發(fā)射，繼續保持一定壓力時(shí)間，退壓，焊頭回升，焊接結束。

3、超聲波發(fā)生器

（1）功率較大的超聲波塑料焊接機，發(fā)生器信號采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。

（2）功率在500W以上的超聲波塑料焊接機所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。

4、超聲波塑料焊接機使用的聲學(xué)系統

（1）換能器

超聲波塑料焊接機用的聲學(xué)系統包括三個(gè)部分：1驅動(dòng)部分2固定部分3工作部分。在以上三個(gè)組成部分中，驅動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(cháng)縱向振子與四分之一的波長(cháng)縱向振子，半波長(cháng)縱向振與半波長(cháng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(cháng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(cháng)縱向振子與四分之一波長(cháng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(cháng)換能器。

（2）工具頭

對不同的焊接對象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(cháng)的工具頭才能使焊接端面達到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機用聲學(xué)系統工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。