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超声波焊线塑胶结构设计

日期:2019-08-02 23:10

焊接热塑性部件的最常用方法是超声波焊接。 该方法使用低振幅,高频(超声波)振动能量来摩擦表面和分子,以产生焊接垫的塑料部件所需的热量。 

超声波焊接不需要整个塑胶件振动和发热。 相反,选择性地加热焊接结合部分。 在超声波焊接中,震动能量传递到塑料中的超声波焊线(能量导向角)到接合面,在那里被加热 和焊接。

超声波发出的能量可以很快地传导振动,但是无法实现上盖和下盖大面积的融合,因为表面和表面之间的摩擦可以通过快速摩擦振动产生热能,无法实现端面材料的破坏。 

接触面的融合,主要原因是超声波焊线的设计和焊接参数的设定; 在没有导能角的情况下,破坏点的材料的分子结构不能被焊接。 因此,超声波塑料焊接的结构设计影响焊接的效果,焊接部分的外观,加工精度,焊接强度,以及水和气密性。

超声波焊接发生在20-50kHz的频率范围内,典型的幅度范围为15-60μm。 低至15 kHz(较高幅度)的音频有时用于较大或较软的材料。 焊接过程通常为0.5-在1.5s内发生。 焊接工艺量包括焊接时间,焊头位置和焊接压力。

超声波焊接设备通常用于焊接中小型热塑性部件,而大型部件可以通过多个点焊接。 可以基于焊接时间或焊接位置(塌陷距离)或焊接能量来控制超声波焊接方法。 还为焊接压力和冷却时间提供附加控制。

最常用的接头类型,在被连接表面的垂直方向上利用超声振动.对接和Z形接合,适用于多数聚合物。

超声焊接接头包括与接头表面平行的振动,形成剪切状态.各种类型的剪切和嵌接. 能量控制嚣接点与无定形材料一起使用最佳。

图1所示较大的能量结合可在一些不密闭的半结晶,这种设计属于不合理设计,焊接时间过长,接触面大量溢胶,外观会因为超声波能量过大导致压伤。

超声波焊线设计

图2用于无定形和半结晶聚合物的能量导向设计。 焊接接头是对常见能量控制接头设计的独特改进。 下面的焊件通过粗糙或有纹理的表面得到改善。 它将改善焊接质量和焊接。 焊接的强度和易用性。 许多其他纹理关节形状也是可能的。

超声波焊线尺寸

通过将溢流污染的油箱引入密封设计中可以减少闪蒸问题(图3)。 为安全起见,溢流槽的设计余量至少为10%。

超声波焊线结构

图4所示的Z形结构设计用于最小化闪光形成的可能性。 压缩接头设计的目的是阻止熔体或将熔体保持在熔化区中。 压缩接头是半结晶塑料材料,例如尼龙。 因为连接结构更复杂,所以按压和关闭所需的部件的公差相对严格。

与三角形能量导向铆焊相比,较大的接头结构还需要额外的振幅和焊接能量。 典型的压实焊接几何形状。
z型焊线结构设计
  (a) 焊接前的z接头: (b)焊接后的z形接头:(c)改进的                

z形接头:台阶附带肩部掩盖了不平性,结果使外观改进 槽舌接合不但提供了剪切强度而且提供了拉伸强度.这种接合是自对中的,接合区域的壁厚必须相对大以适应槽舌接合设计.另外,制件公差要求相对严.间隔加强筋改善了接头找平.

超声波焊接的典型榫槽连接设计 - 剪切设计


剪切型超声波设计
 

在焊接半结晶聚合物(或其他难以焊接的聚合物)和需要密封接头数时,通常建议使用剪切接头。 高强度,高质量的环形和矩形部件都需要剪切接头。

剪切接头号具有搭接接头的壁部分,并且当接头焊接并顺序地彼此插入时,搭接部分产生公差和局部剪切。 为了便于部件的平整,接头包含调节部分。 为了集中熔化能,一侧的障碍物的顶角在初始接触表面上降低。

由于熔融材料的温度在整个接触表面上是均匀的,因此当焊接工件时,两个表面均匀地熔化。  0.13-0.5mm范围内的公差值用于1.0-2.0mm的深度。

为了防止在焊接过程中由于公差引起的外侧壁翘曲,垂直部分应尽可能浅,但是在一侧改进的带有剪切部分的沟槽接头可以用于更深的拉伸部分。 提供中间壁接头,其最小化由于公差引起的侧壁翘曲。
 

剪切型超声波焊线

超声波焊接操作适用于大多数热塑性材料,并且不同材料对超声波焊接线具有不同的要求。

 1.无定形聚合物,特别是室温下玻璃外的无定形材料,通常是焊接过程的良好候选者。 玻璃状无定形聚合物具有良好的透射性能,允许使用近场和远场焊接技术成功焊接。 当材料柔软时,开放式材料的超声波焊接是有问题的。 例如,焊接高冲击ps通常比焊接通用ps需要更多的能量和额外的振幅。

2.半结晶聚合物通常更难以使用超声波能量焊接。 增加焊接系统发出的能量值(即增加振幅); 缩短焊头/件接触面与接头界面之间的距离; 采用近场超声波焊接技术; 使用幅度高达0.05-0.15mm的焊头。 这些高焊接振幅需要使用钛焊头。 当需要高强度密封组件时,剪切接头和斜坡接头适用于半结晶聚合物。

3.焊接吸湿性聚合物:成型后立即焊接部件(当它们仍然干燥时); 在焊接前干燥部件; 在焊接前将零件存放在干燥器中

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