塑胶构件的焊接工艺-超声波课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,频率发生器,换能器,变幅杆,焊头,焊接设备,上工件,焊接面,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,5,”,3.54,”,此范围振幅最为均匀,焊头,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（,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,半结晶型聚合物,非结晶型聚合物,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,导融线,能耗较小,焊接面是平面时，焊接密封性较好,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,熔接深度,干涉量,底模,最小導入之尺寸,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,20KHz,时，由于聚合物结构差异，声波在聚合物中的波长约为,6cm,13cm,。,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,焊头,焊头,焊头,预触发区,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）,操作频率,（,KHz,）,功率（换能器）,（,KW,）,换能器输出,（振幅,m,）,备 注,10,20,6,3,40,20,高功率、有噪音,20,30,3,1,20,10,中功率、中等噪音,40,75,1,0.4,10,5,低功率、安静,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。,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,