超声波焊接机技术原理.docx

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超声波焊接机技术原理

超声波焊接机技术原理

超声波焊接机工作原理是：

通过物体上下振动，使焊接件伸缩发热熔接。

其机械原理是：

把电能转化成机械能。

当超声换能器产生的能量传送到焊区，由于焊区，即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。

由于塑料导热性差，热量聚集在焊区，使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。

一、超声波模治具架设不准确、受力不平均怎么办？

          在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的超声波焊接机熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象.

我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接.这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。

       另一方面上模（Horn）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。

就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。

所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。

二、塑料产品材质配合不当?

         每一种塑料材质的熔点，各有不同，例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：

ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超音波熔接势必困难。

而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的熔接效果好。

热熔塑胶分析图：

三、超声波机台输出能量不足该怎么处理?

          客户在购买超音波熔接机时，通常较难预料未来产品发展的规格，所以会遇到较大产品对象超出超音波标准熔接的情形。

此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生一、超声波模治具架设不准确、受力不平均怎么办？

          在一般认为超音波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象.

           我们如果单只观察硬件（模治具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接.这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。

        另一方面上模（Horn）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。

就这整体而言，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。

所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。

四、塑料产品材质配合不当?

           每一种塑料材质的熔点，各有不同：

           例如：

ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：

ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超音波熔接势必困难。

而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的熔接效果好。

五、超声波机台输出能量不足该怎么处理?

          客户在购买超音波熔接机时，通常较难预料未来产品发展的规格，所以会遇到较大产品对象超出超音波标准熔接的情形。

此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生产。

碰到此种用小机台作大对象的情形，通常采取的方式有分好几次熔接、增加超音波输出功率（增加段）或增加熔接时间、压力等。

然而这也产生了质量不稳定的现象，因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性。

         也就是说上班或尖峰时间，使用超音波作业的产品质量，与大家都下班后的质量稳定是不相同的。

          然而大家都下了班再使用超音波，那就不是工作效率了。

所以这时采取的对策就是气压源采取独立方式；要求在0.02m/m以下之产品在超音波机台加装稳压设备；调整出力段数、增加功率，但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在2~4段之间，如一定要在5~6段作业，则生产作业时间必须尽量缩短，以避免零件、振动子的损耗。

增加能量扩大器（Horn上模）的扩大。

但扩大程度如果超出４：

１，将对Horn本身、音波、电流有极大的影响.

焊接方法图片展示：

六、焊接产品质量不稳定,怎么解决?

          最好的办法,选择大单位的超声波焊接设备,例如,我们欣宇产品就很好的.

质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定，以导致无法形成稳定的摩擦热能。

而如何让功率输出稳定机

台输出功率；

〈1〉HorN扩大比；

〈2〉气压源；

〈3〉电压源等四项。

          1、机台输出功率＋HorN扩大比率＝实际可用功率。

由此可知在一定产品实施超音波熔接时，于规划与设计的观点而言，机台输出功率愈强，相对HorN的扩大比所设计的也愈小。

           反之机台输出功率愈小，HorN设计的扩大比也愈大。

例如：

2200W的超音波熔接机，HorN的扩大比是2.5倍。

换成3200W超音波熔接机时，HorN的扩大比可能只要1.5倍即可。

然而并非强调超音波熔接机输出的功率要大，而是要对一项塑料产品实施超音波熔接时，给予最适合的环境作业，其间尚需考虑成本的预算，产品的功能需求，熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧。

          2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后，工程师在设计时，首当熟悉并评估1.产品质量要求功能标准；现有超音波设备；

           3.决定产品设计的形态、技巧如超音波导熔线、产品定位、材质）。

因为既然可用设备资源已经固定，那就必须用产品设计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的。

          4、在我们确定人为因素（1~2项）都无问题时，会发生质量不稳定现象，那肯定一个事实：

即气压与电压产生的影响。

在我们多年来处理质量不能稳定现象时，也同时发现，在工作时间无法达到的质量标准，却在大家都下班，停止电压、气压多数同时使用时，意外的达到质量要求标准。

因此也发现多人或多单位使用共同的气压与电压源时，由于空气压缩机通常我们会设定空气储存筒里面的气压低于2~4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因。

而气压源经过管路到达熔接机时，由于熔接速度快，第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差，如此将形成周期性或非周期性的质量异动。

而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用，此时产生的电压降也不是我们所能控制，如此气压与电压的变量，确确实实的造成能量输出的变化，而影响精密质量的重要因素。

当然必须列为诊断项目。

七、超声波熔接后，移位了怎么办？

1.降低熔接压力。

2.底模加高，使其超过熔接线2m/m以上。

3.使用超音波传导熔接。

4.上模（HRON）压到产品才发振。

5.修改塑料产品，增强定位。

六、超声波熔接后，产生伤痕（断、震裂、烫伤）怎么办？

1.降低压力。

2.减少延迟时间（提早发振）。

3.减少熔接时间。

4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。

5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。

6.机台段数降低或减少上模扩大比。

7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。

8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。

八、超声波熔接后，发现变形扭曲怎么办？

1.降低压力（压力最好在2kg以下）。

2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）。

4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。

5.分析产品变形主因，予以改善。

九、超声波熔接后，部零件破坏怎么办？

1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。

2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

3.减少机台功率段数或小功率机台。

4.降低超音波模具扩大比。

5.底模受力处垫缓冲橡胶。

6.底模与制品避免悬空或间隙。

7.HorN（上模）逃孔后重测频率。

8.上模逃孔后贴上富弹性材料（如硅利康）。

九、超声波熔接后，产品发现毛边或溢料怎么办？

1.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

2.减少机台功率段数或小功率机台。

3.降低超音波模具扩大比。

4.使用超音波机台微调定位固定。

5.修改超音波导熔线。

十、超声波熔接后，发现产品尺寸不稳定怎么调？

1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。

2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02m/m）。

3.检查超音波上模输出能量是否足够（不足时增加段数）。

4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。

5.修改超音波导熔线。

十一、超声波熔接后时，产品总是单边烫伤怎么办？

         超音波振动熔接，并非单纯直线纵向振动（挠曲与横向振动不在此本次讨论中），而是形成交叉式纵向下降振动，而上模超音波输出端能量亦是有一定的强弱分布点，气压、电压、机台虽决定功率输出能量的稳定性，但能量分布点亦呈现比例性增减。

        如果发现超音波熔接时制品总是单点烫伤，即表示上模该点输出能量与产品该点形成应力对应，此时若改变超音波振动面的接触点，将可改善热能集束产生的烫伤。

十二、超声波焊接原理  

　　   超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波焊接处理，而不需加溶剂，粘接剂或其他辅助品，其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量。

　　   超声波塑胶焊接原理:

由发生器产生20KHZ，（或15KHZ）的高压，高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工作表面及在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件焊接口迅速溶化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定型，便达成完美的焊接。

十三、塑料件材料对超声波焊接的影响  

          1.超声波在塑料件中传播，塑料件或多或少对超声波能量有吸收和衰减，从而对超声加工效果产生一定的影响，塑料一般有非晶体材料之分，按硬度有硬胶和软胶之分，还有模数的区分，通俗地来说，硬度高，低熔点的塑料超声加工性能优于硬度低、高熔点的塑料。

因此，这就牵涉到超声波加工距离的远近问题，  

           2、塑料件的加工条件对超声焊接的影响  

塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工条件都会形成对超声焊接产生一定影响的因素。

A：

湿度缺陷：

湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成，湿度缺陷在焊接中衰减有用能量，使密封位渗水，加长焊接时间，所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处理。

如聚甲醛等。

B：

注塑过程的影响：

注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：

①尺寸变化（收缩、弯曲变形）  

②重量变化  

③表面损伤  

④统一性不佳  

C：

保存期：

塑料件注塑加工出来后，一般最少放置24小时后，再进行焊接，以消除塑料件本身应力、变形等因素。

无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求。

D：

再生塑料  

再生塑料的强度比较差，对超声波焊接适应性也较差，所以如用再生塑料，各种设计尺寸均要酌情加以考虑。

E：

脱模剂和杂质  

脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响。

虽然超声波加工时可将加工表面的溶剂、杂质等震开，但对于要求密封、或在高超声波工作原理 频率高于人的听觉上限（约为20000赫）的声波，称为超声波，或称为超声。

 超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。

但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。

与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：

传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。

功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。

声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。

在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。

由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。

空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会在液体部产生小空洞。

这些小空洞迅速胀大和闭合，会使液体微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生几千到上万个大气压的压强。

微粒间这种剧烈的相互作用，会使液体的温度骤然升高，起到了很好的搅拌作用，从而使两种不相溶的液体（如水和油）发生乳化，并且加速溶质的溶解，加速化学反应。

这种由超声波作用在液体中所引起的各种效应称为超声波的空化作用。

            我们知道正确的波的物理定义是：

振动在物体中的传递形成波。

这样波的形成必须有两个条件：

一是振动源，二是传播介质。

波的分类一般有如下几种：

一是根据振动方向和传播方向来分类。

当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。

当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。

二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉围是20HZ-20000HZ，所以在这个围之的波叫做声波。

低于这个围的波叫做次声波，超过这个围的波叫超声波。

 、波在物体里传播，主要有以下的参数：

一是速度V，二是频率F，三是波长λ。

三者之间的关系如下：

V=F.λ。

波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。

另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑围。

1、超声波在塑料加工中的应用原理：

塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。

其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。

强度的情况下，应尽可能去除。

在有些情况下，先清洗塑料件是必要的。

十四、    碰到此种用小机台作大对象的情形，通常采取的方式有分好几次熔接、增加超音波输出功率（增加段）或增加熔接时间、压力等。

然而这也产生了质量不稳定的现象，因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性。

也就是说上班或尖峰时间，使用超音波作业的产品质量，与大家都下班后的质量稳定是不相同的。

然而大家都下了班再使用超音波，那就不是工作效率了。

所以这时采取的对策就是气压源采取独立方式；要求在0.02m/m以下之产品在超音波机台加装稳压设备；调整出力段数、增加功率，但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在2~4段之间，如一定要在5~6段作业，则生产作业时间必须尽量缩短，以避免零件、振动子的损耗。

增加能量扩大器（Horn上模）的扩大。

但扩大程度如果超出４：

１，将对Horn本身、音波、电流有极大的影响  

四、焊接产品质量不稳定,怎么解决?

最好的办法,选择大单位的超声波焊接设备,例如,我们欣宇超声波产品就很好的。

质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定，以导致无法形成稳定的摩擦热能。

而如何让功率输出稳定？

此乃决定于  

机台输出功率；  

〈2〉HorN扩大比；  

〈3〉气压源；  

〈4〉电压源等四项。

1、机台输出功率＋HorN扩大比率＝实际可用功率。

由此可知在一定产品实施超音波熔接时，于规划与设计的观点而言，机台输出功率愈强，相对HorN的扩大比所设计的也愈小。

反之机台输出功率愈小，HorN设计的扩大比也愈大。

例如：

2200W的超音波熔接机，HorN的扩大比是2.5倍。

换成3200W超音波熔接机时，HorN的扩大比可能只要1.5倍即可。

然而并非强调超音波熔接机输出的功率要大，而是要对一项塑料产品实施超音波熔接时，给予最适合的环境作业，其间尚需考虑成本的预算，产品的功能需求，熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧。

2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后，工程师在设计时，首当熟悉并评估1.产品质量要求功能标准；2.现有超音波设备；  

3.决定产品设计的形态、技巧如超音波导熔线、产品定位、材质）。

因为既然可用设备资源已经固定，那就必须用产品设计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的。

4、在我们确定人为因素（1~2项）都无问题时，会发生质量不稳定现象，那肯定一个事实：

即气压与电压产生的影响。

在我们多年来处理质量不能稳定现象时，也同时发现，在工作时间无法达到的质量标准，却在大家都下班，停止电压、气压多数同时使用时，意外的达到质量要求标准。

因此也发现多人或多单位使用共同的气压与电压源时，由于空气压缩机通常我们会设定空气储存筒里面的气压低于2~4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因。

而气压源经过管路到达熔接机时，由于熔接速度快，第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差，如此将形成周期性或非周期性的质量异动。

而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用，此时产生的电压降也不是我们所能控制，如此气压与电压的变量，确确实实的造成能量输出的变化，而影响精密质量的重要因素。

当然必须列为诊断项目。

十四、超声波熔接后，移位了怎么办？

1.降低熔接压力。

2.底模加高，使其超过熔接线2m/m以上。

3.使用超音波传导熔接。

4.上模（HRON）压到产品才发振。

5.修改塑料产品，增强定位。

十五、超声波熔接后，产生伤痕（断、震裂、烫伤）怎么办？

1.降低压力。

2.减少延迟时间（提早发振）。

3.减少熔接时间。

4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。

5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。

6.机台段数降低或减少上模扩大比。

7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。

8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。

十六、超声波熔接后，发现变形扭曲怎么办？

1.降低压力（压力最好在2kg以下）。

2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

3.增加硬化时间（至少0.8秒以上）。

4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。

5.分析产品变形主因，予以改善。

十七、超声波熔接后，部零件破坏怎么办？

1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。

2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

3.减少机台功率段数或小功率机台。

4.降低超音波模具扩大比。

5.底模受力处垫缓冲橡胶。

6.底模与制品避免悬空或间隙。

7.HorN（上模）逃孔后重测频率。

8.上模逃孔后贴上富弹性材料（如硅利康）。

十八、超声波熔接后，产品发现毛边或溢料怎么办？

1.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

2.减少机台功率段数或小功率机台。

3.降低超音波模具扩大比。

4.使用超音波机台微调定位固定。

5.修改超音波导熔线。

十九、超声波熔接后，发现产品尺寸不稳定怎么调？

1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。

2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02m/m）。

3.检查超音波上模输出能量是否足够（不足时增加段数）。

4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。

5.修改超音波导熔线。

二十、超声波熔接后时，产品总是单边烫伤怎么办？

超音波振动熔接，并非单纯直线纵向振动（挠曲与横向振动不在此本次讨论中），而是形成交叉式纵向下降振动，而上模超音波输出端能量亦是有一定的强弱分布点，气压、电压、机台虽决定功率输出能量的稳定性，但能量分布点亦呈现比例性增减。

如果发现超音波熔接时制品总是单点烫伤，即表示上模该点输出能量与产品该点形成应力对应，此时若改变超音波振动面的接触点，将可改善热能集束产生的烫伤。

、超声波焊接原理  

　　超声波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种热塑性胶件均可使用超声波焊接处理，而不需加溶剂，粘接剂或其他辅助品，其优点是增加多倍生产率，降低成本，提高产品质量。

　　超声波塑胶焊接原理:

由发生器产生20KHZ，（或15KHZ）的高压，高频信号，通过换能系统，把信号转换为高频机械振动，加于塑料制品工件上，通过工作表面及在分子间的磨擦而使传导到接口的温度升高，当温度达到此工件本身的熔点时，使工件焊接口迅速溶化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定型，便达成完美的焊接。

十三、塑料件材料对超声波焊接的影响  

1.超声波在塑料件中传播，塑料件或多或少对超声波能量有吸收和衰减，从而对超声加工效果产生一定的影响，塑料一般有非晶体材料之分，按硬度有硬胶和软胶之分，还有模数的区分，通俗地来说，硬度高，低熔点的塑料超声加工性能优于硬度低、高熔点的塑料。

因此，这就牵涉到超声波加工距离的远近问题，  

2、塑料件的加工条件对超声焊接的影响  

塑料件经过注塑、挤压或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工条件都会形成对超声焊接产生一定影响的因素。

A：

湿度缺陷：

湿度缺陷一般在制作有条纹或疏松的塑料件过程中形成，湿度缺陷在焊接中衰减有用能量，使密封位渗水，加长焊接时间，所以湿度高的塑料件在焊接前要作烘干处理。

如聚甲醛等。

B：

注塑过程的影响：

注塑过程参数的调整会引致如下缺陷：

①尺寸变化（收缩、弯曲变形）  

②重量变化  

③表面损伤  

④统一性不佳  

C：

保存期：

塑料件注塑加工出来后，一般最少放置24小时后，再进行焊接，以消除塑料件本身应力、变形等因素。

无定形塑料通过注塑出来的塑料件可不按此要求。

D：

再生塑料  

再生塑料的强度比较差，对超声波焊接适应性也较差，所以如用再生塑料，各种设计尺寸均要酌情加以考虑。

E：

脱模剂和杂质  

脱模剂和杂质对超声波焊接有一定的影响。

虽然超声波加工时可将加工表面的溶剂、杂质等震开，但对于要求密封、或在高超声波工作原理  

频率高于人的听觉上限（约为20000赫）的声波，称为超声波，或称为超声。

超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。

但是超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。

与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：

传播特性──超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。

功率特性──当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功。

声波功率就是表示声波做功快慢的物理量。

在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。

由于超声波频率很高，所以超声波与一般声波相比，它的功率是非常大的。

空化作用──当超声波在液体中传播时，由于液体微粒的剧烈振动，会