影响塑胶超声波焊接工艺因素的分析

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影响塑胶超声波焊接工艺因素的分析

作者：钟国安 沈凤梅

来源：《科技风》2019年第12期

摘 要：近年来，超声波焊接工艺以焊接速度快、能耗低、焊缝一致性好等优点，在塑胶产品的焊接上得到了广泛的应用。[1]随着塑胶原料改性技术的快速发展，塑胶原料的品种繁多，影响其超声波焊接的因素也变得越来越多。本文针对塑胶超声波焊接工艺的影响因素，从超声波焊接设备、塑胶材料焊接特性和塑胶零件结构设计等方面进行了具体阐述。 关键词：超声波；焊接工艺；塑胶原料；结构设计；影响因素 中图分类号：T 文献标识码：A 1 超声波焊接设备

超声波焊接设备由超声波发生器，换能器，变幅杆，压力系统，焊头，零件工装夹具等组成。基于目前的技术水平，超声波发生器最大功率为5.6KW，塑胶零件焊接面积约为200mm（长）×200mm（宽）。塑胶零件越大，需要焊接的面积和周长就越大。过大的焊接面积往往导致超声波功率不足，影响焊接性能，如何提升焊接功率是关键因素。研究发现，可以通过采用多个超声波发生器来增加超声波功率，常见的有双头超声波焊接设备，上下振动式超声波焊接设备等，如下图所示。

但这两种形式的超声波设备对夹紧零件的工装夹具定位要求高，特别是双头机型，两个焊头独立定位装配，与零件定位不容易匹配。外形复杂的塑胶零件，需要慎重考虑这种形式的超声波设备，因为它对焊头与定位夹具的平行度要求更高。 2 塑胶材料焊接特性对焊接的影响分析

塑胶材料的物理性能和机械性能决定了塑胶零件的超声波焊接可行性和焊接质量。实践证明，塑胶材料的超声波焊接性G与弹性模量E（GN/m2）、导热系数λ（W/mK）、摩擦系数μ成正比，与密度ρ（kg/m3）、比热容C（J/kgK）、熔点t（K）成反比，如公式（1）。 G=K·E·λ·μ/（ρ·C·t）（1）

K表示塑胶材料焊接系数，取决于塑胶零件外形大小，壁厚，焊头设计等参数。对于焊接强度性能要求高的产品，需要谨慎考虑塑胶材料，尽量从塑胶材料物性表上筛选具有良好焊接性能的材料，以提高产品焊接质量及合格率。 3 塑胶原料的成分对焊接的影响分析