塑胶构件的焊接工艺-超声波.ppt

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1、塑胶构件焊接工艺,结构件拆分与连接,产品设计要素：功能外观材料成型方法质量控制方法检测方法,结构件拆分与连接,塑胶结构件拆分要素：功能外观材料连接方法质量控制方法检测方法,结构件拆分与连接,塑胶结构件连接方式选择要素：承受载荷的面积和大小承受载荷的类型几何形状使用环境可重复性、可靠性期望寿命,螺丝连接扣位连接铆合连接过盈连接,机械连接,粘接,胶粘,焊 接,激光焊接感应焊接接触（电 阻）焊接热气焊接挤出焊接,超声波焊接热板焊接旋转焊接振动摩擦 焊接高周波焊 接（PVC）,塑胶构件连接种类,结构件拆分与连接,主要探讨塑胶焊接工艺：超声波焊接热板焊接摩擦焊接旋转焊接振动摩擦焊接,结构件拆分与连接,超

2、声波焊接,A、超声波焊接,A 超声波焊接,一、超声波焊接特点：快捷、操作方便容易焊接强度大、密封效果好节能工作环境干净，无需配置散烟、通风装置成本低、效率高适用范围广（可用于绝大多数热塑性聚合物）,A 超声波焊接,把50/60Hz电能转换成一定频率的高频电能,把高频电能转换成机械振动能,增大机械振幅,能量集中器（导融线）吸收振动能温升熔融，在压力下凝固接合,二、超声波焊接原理：,传递振动能,增大振幅、有效传递振动能,A 超声波焊接-超声波焊接原理,边缘一定范围内存在的横向振动,工件面上近乎垂直的振动,焊头发波示意图,A 超声波焊接,三、影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,聚合物结构熔化温度硬度

3、（柔韧性）化学结构添加物,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,聚合物结构,非结晶聚合物分子排列无序有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度）能有效传输超音速振动实现良好焊接的压力/振幅范围宽。,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,半结晶型聚合物分子排列有序有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点固态的结晶型聚合物富有弹性，能吸收部分高频机械振动超声波振动传递效果较差熔融材料易于迅速凝固,两种聚合物声波/振动传输效果比较,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,如要获得较为满意的焊接

4、质量，相对非结晶聚合物，半结晶聚合物需要更高的振幅/能量。,所以，在设计半结晶性材料构件的焊接时，必须注意这类材料的特殊性。在构件的结构，强度、刚性、焊口结构、超声模头的有效接触及夹具要求等设计方面需特别关注，才能取得超声波焊接的成功。,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,熔化温度,聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,硬度（柔韧性）,材料的硬度大小影响了超声波振动的传输效果。硬度越大，其传输超声波的效果越好（焊接性越好）。,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,化学结构,热塑性与热固性 热塑性聚合物：线

5、型高分子，受热情况下分子间可互相移动（流动）。此类聚合物可以在加热时熔融。可用于超声焊接。热固性聚合物：交联型高分子，受热情况下分子不会产生流动（相对滑移）。故加热时，不会熔融。此类聚合物不能用于超声焊接。,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,添加物,常用填充物：玻璃纤维（GF）、矿物粉末（滑石粉TALC）,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,对焊接性影响：据资料记载：非结晶型聚合物加入填充物不影响焊接性。半结晶型聚合物：加入量10%，焊接性能恶化,常用材料的焊接性,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,我们需要重点关注的是：非结晶型和半结晶型聚合

6、物的焊接性能差异。半结晶型聚合物的焊接性能相对较差。一般情况下，非结晶型聚合物有相容的可能，而半结晶型聚合物几乎不相容。如果你需要选择半结晶材料超声焊接，需要特别留意之前的成功或失败经验及结构差异。,A 超声波焊接-影响塑件焊接质量的因素（可焊接性）,A 超声波焊接,四、超声波焊接在塑件结构中的应用：,焊接铆焊嵌件焊,点焊叠合封口/切断,以上应用只是焊接的不同形式，区别在于熔融面的位置变化，原理不变。,焊接结构,A 超声波焊接,五、焊口设计,一般分为两种基础模式：端面式剪切式在实际应用中常在此基础模式上合理的组合运用,A 超声波焊接焊口设计,端面式相对剪切式,能耗较小焊接面是平面时，焊接密封性

7、较好焊接强度较差抗疲劳性能较差较适宜于非结晶聚合物焊接对于半结晶聚合物，工艺调整范围较窄有密封要求的焊接，焊接面的平面度及表 面质量要求较高,A 超声波焊接焊口设计,剪切式相对于端面式,能耗较大焊接强度较大回转面或不存在小角度面焊接密 封性较好抗疲劳强度性能较优越径向尺寸公差要求较严焊接壁刚性要求较高不适宜焊接硬度较低的材料不适宜尺寸较大的焊件,A 超声波焊接,六、近场焊接与远场焊接,焊头,焊头,夹具,近场焊接,远场焊接,A 超声波焊接近场焊接与远场焊接,有资料规定：在20KHz系统中，将焊头/上焊件界面到焊接界面之间的距离小于6mm的称为近场焊接；大于6mm的称为远场焊接。当声波频率是20K

8、Hz时，由于聚合物结构差异，声波在聚合物中的波长约为6cm13cm。,A 超声波焊接近场焊接与远场焊接,近场焊接：20kHz操作系统中，焊头与焊接面距离远小于波长。焊接面与焊头表面的振幅几乎相等。此类焊接质量易于控制。,远场焊接：焊头距离焊接面距离近于或大于波长，焊接面的振幅取决于声波在聚合物中的传输性质。较近场焊接：耗能大、焊件伤害大。此类焊接质量更加难以控制。,A 超声波焊接近场焊接与远场焊接,所有焊接尽量使用近场焊接半结晶聚合物焊接不建议使用远场,A 超声波焊接,七、焊接工艺,焊头下降下冲程,焊接过程,保压过程,焊头回位上冲程,A 超声波焊接-焊接工艺,超声波焊接工艺部分依赖于焊接设备的

9、类型,设备,不同供应商提供的设备有很大的差异，影响实际运用的主要因素是：工艺模式、操作频率、最大实际功率,A 超声波焊接-焊接工艺,注：人耳可闻声音频率大约为小于18KHz。,设备频率、最大功率、输出振幅相对参数（参考值）,A 超声波焊接-焊接工艺,注：前两位数表示频率，后两位数表示功率。,我公司现使用超声设备型号：,国产（常荣）：1525、1530、1542必能信：2020,A 超声波焊接-焊接工艺,必能信焊接机可选工艺模式：时间模式超声波振动达到预定时间停止焊接。不考虑其它参数。能量模式超声波振动保持直至达到预定能量值停止焊接。不计其它参数。坍塌模式焊接达到预定位移量停止焊接。不计其它参数

10、。最大功率模式瞬时功率达到预设功率停止焊接。接触探测模式焊头到达预定的位置（焊头接触到夹具）停止焊接。绝对距离模式设定焊头下落开始到焊接停止的距离。,国产（常荣）焊接机工艺模式：时间模式,A 超声波焊接-焊接工艺,时间模式主要工艺参数：压力延时时间焊接时间保压时间输入功率,A 超声波焊接,八、焊接构件设计应注意的问题,上焊件下焊件,A 超声波焊接-焊接构件设计应注意的问题,上焊件,焊接面的初始接触面积最小化（如导融线）内转角避免直角设计在垂直于焊接面的空间范围避免出现孔/槽尽量使用近场焊接避免出现薄膜效应注意凸出结构（或附加物）的焊伤或脱离确保焊头与上焊件的接触受压面积足够大,下焊件,确保足够

11、的强度和刚性方便在夹具中的有效定位（支撑足够和定位准确）在垂直于焊接面的空间范围，应尽量避免出现空洞。如必须，应尽量远离焊接面且尽量减小空洞的结构尺寸上、下焊件需包含有效的对中和导向结构,A 超声波焊接-焊接构件设计应注意的问题,在满足性能、外观要求的同时，我们还要为工艺过程考虑：即，尽量让我们的设计质量可以在较宽的工艺范围内实现确保焊接质量的结构设计两个原则：上工件能够有效的把声波传递到焊接面，并尽量减少能量损失下工件确保对声波能量的吸收尽量小,小提示：,A 超声波焊接-焊接构件设计应注意的问题,焊接终止定位：一般不建议使用结构定位导向、定位：设计中常出现缺失焊接方式选择：端面、剪切、端面+剪切焊接缺陷：假焊：材料、结构、工艺、工装焊伤：结构、焊口设计、焊头接触面位置及面积、工装、功率,设计中常见的几种现象说明,A 超声波焊接-焊接构件设计应注意的问题,案例：,4672,4655,案例：,9593,谢 谢,