塑料超声波焊接工艺研究

摘 要：随着材料焊接的多样化，塑料焊接技术多种多样，超声波塑料焊接的广泛运用，超声波塑料焊接以低成本，高性能的显著优势被大量运用，但参数要求严格。本文简述了超声波塑料焊接技術，并研究了塑料超声波焊接的针对各类塑料材质的参数设置以及影响参数，给实际操作人员以借鉴，促进焊接效果及质量的提升。

关键词：超声波焊接;调幅器;焊头;振幅;导熔线

超声波焊接是利用超声波振动频率，接触摩擦产生热能而使两个塑胶件在焊接界面熔融而固定在一起。超声波焊接是一种快捷、干净、有效的装配工艺，用于满足塑胶件高强度的装配要求，是广泛使用的一种先进装配技术，适用于多种类型塑胶件的装配。正常情况下，超声波焊件具有较高的抗拉强度，可以取代溶剂粘胶及机械紧固等装配方法，同时还可以具有防水、防潮的密封效果。

1 超声波焊接简介

（1）超声波焊接的工作原理是通过超声波发生器将50Hz或60Hz电流转换成15kHz、20kHz、30kHz或40kHz的电能，被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头，如图1所示。

（2）超声波焊机焊接过程简介。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接塑胶件的界面，在该区域，振动能量通过摩擦方式被转换为热能，将塑料熔化，振动停止后维持在塑胶件上的短暂压力使两塑胶件以分子连接方式凝固为一体，如图2所示。

2 塑料可焊性简介

超声波焊接并不能够焊接所有的塑料，这是超声波焊接最大的局限性。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，而且超声波焊接一般仅适合于于—种或者相似塑料之间的焊接。如果两个塑胶件材料不同，多数时候超声波焊接无能为力。因此，一定选定超声波焊接工艺，就不能轻易更改零件材料，如图3所示。在超声波塑料焊接过程中，为了达到更好的焊接效果，在材质选用过程中，为了确保很好的熔接在一起，尽量选用同类材质焊接。

3 塑料超声波焊接的焊接结构以及影响参数研究

超声波焊接设备通过功率发生器，装换15KZ/20KHZ/30KHZ/40KHZ电能后，对应相关换能器振幅分别为30um/20um/15um/8um。换能器经过调整幅器及焊头将振幅放大。如图4所示：

超声波焊接不是所有塑料焊接选择的参数都一致。不同材质使用的焊接参数也不一样，因此，一定选定超声波焊接工艺，就不能轻易将参数固定。如图5图6所示：

塑胶零件的超声波焊接导熔线设计：

合理的超声波塑胶结构设计，对超声波焊接工艺可以起到事半功倍的影响，超声波焊接时，两个塑胶件的初始接触面积必须足够小，以集中能量，同时减少塑料熔化和熔合所需的总体能量。导熔线（或称导熔线柱、超声线）即是这样的一种结构，是在一个塑胶件焊接界面上凸起的三角形柱，顶端越尖越好，基本作用是将振动能量聚集在三角形的尖端，其后累积的热量在整个焊接界面形成均匀的塑料熔流。

导熔线的优点包括：（1）增加焊接的强度，减少虚焊。导熔线利于两个塑胶件的熔合，可提高焊接的强度。使用导熔线的超声波焊接如果发生虚焊，则两个塑胶件之间会出现断差，很容易发现虚焊的缺陷、继而避免虚焊的产生;而没有导熔线的超声波焊接如果发生了虚焊，则很难通过外观进行辨别。（2）减少溢料，提高外观。导熔线使得焊头与塑胶件的接触时间缩短，因此较少溢胶。另外，由于焊接区域变小，避免了材料堆积从而减少溢胶。通过合理的导熔线及焊接结构设计，超声波焊接可以具有高品质的外观。（3）缩短焊接时间。导熔线可减少塑料熔化和熔合所需的总体能量，继而缩短焊接时间，图7所示为无导熔线与有导熔线的焊接时间对比，使用导熔线的焊接塑料更早熔化和熔合成一体。同时，焊接时间的缩短有助于避免塑胶件长时间焊接而引起的过焊问题。如图7所示：

4 结论

超声波焊接技术被广泛应用与各个领域，技术也在不断的实践中逐渐成熟，在超声波塑料焊接过程中，针对设备型号选用，焊料选用及焊接导熔线的设计都将影响焊接品质。因此在导入超声波塑料焊接前要对相关把控。提升塑料焊接质量。

参考文献：

[1]南剑，罗华，罗堂清，何兵.塑料超声波焊接加工的工艺参数研究进展[J].机电工程技术，2019（09）：4-5.

[2]杨刚.塑料超声波焊接的研究——科技创新，2018（2）：61-62.

[3]王芳.超声波在塑料产品焊接中的原理、方法及应用[J].科学与财富，2015（8）：36.

作者简介：万旭（1985—），男，汉族，湖北荆州人，本科，研究方向：安全工程。