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超聲波焊接的溫度是多少?

 二維碼 1847
發表時間:2019-09-06 10:52

   超聲波焊接的溫度是多少,一般不去特別考慮,因為:
   

超聲波塑料焊接是個瞬時、高溫、高壓、局部生熱的過程,兩塑料件待焊面在壓力的作用下緊密接觸,超聲波的作用下,接觸面塑料迅速升溫熔化;超聲波停止后,接觸面熔融的塑料在焊頭壓力的作用下,變形并慢慢凝固成具有一定連接強度的接頭。


各種塑料的熔點.png

超聲波焊接產生熱量.png

超聲波焊接產生熱量過程.png

整個焊接過程焊接時間短,只有零點幾秒到幾秒,加上機械作業時間在內不超10s,焊接區域的溫度在零點幾秒的時間內從室溫升到焊接塑料的粘流態溫度以上;同時焊接只是在焊接接觸面的局部產生熱量,局部焊接區域的溫度場是個封閉環境。


這樣,超聲波塑料焊接的溫度具有瞬時、升溫速度快、局部高溫的特點,對其進行測量非常困難,而且由于焊接區域熔化后會在一定壓力下產生擠壓變形,熔化材料的鋪展過程對于焊接溫度場和應力場分布的作用巨大,且熔化塑料在高溫下可能分解產生氧化性氣體。這樣,超聲波塑料焊接的溫度測量更是困難重重,也不能采用紅外燈非接觸測量方式。



   

超聲波焊接溫度

超聲波焊接過程




超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅,所加壓力及焊接時間等三個因素,焊接時間和焊頭壓力是可以調節的,振幅由換能器和變幅 。桿決定。這三個量相互作用有個適宜值,能量超過適宜值時,塑料的熔解量就大,焊接物易變形;若能量小,則不易焊牢,所加的壓力也不能太大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。


超聲波焊接機工作過程方框圖.jpg

振動系統(機械諧振單元).png

常見塑料的超聲波焊接性能.png

超聲波焊接的溫度解釋:

      從上述超聲波焊接原理來分析,超聲波焊接機本身是不產生溫度的,是塑料殼上下接觸面高頻振動摩擦產生熱量。初次接觸超聲波焊接設備的朋友,一般不理解這個原理,我們一般會讓他用手去觸摸超聲波焊頭,并不會發熱,并不會像傳統其他焊接方式一樣,如熱板、熱熔、甚至是高周波焊接,本身都是需要加熱才會發熱的。

      超聲波焊接塑料產品,焊接時產生的溫度需要克服塑膠材質的熔點才可以實現粘合,不同的塑料材質,他們的性能是不同的,熔點也是不同的,需要采用的超聲波頻率和功率也是不同的。作為使用超聲波焊接設備的技術人員,沒有必要對焊接溫度做深入分析。 如果焊接是出現了不良,可以通過優化焊接參數來解決問題。

不同塑料的焊接振幅估算.png

振幅對熔接的影響.png

  超聲波焊接振幅與溫度、焊接尺寸和焊接環境關系的試驗,結合理論分析可知:當器件結構尺寸和焊接環境一定時,超聲波焊接存在一臨界振幅,當振幅小于該臨界值時,在焊區最高溫度到達Tg前溫度場達到平衡,因此不管施加多長時間的超聲波都不會出現劇烈的黏彈性產熱過程,聚合物也不會發生熔融。進一步減小振幅,當振幅為14.4Um時,溫度曲線顯示,當焊接時間接近12s,溫度才達到峰值,接著溫度保持在該溫度值附近直至超聲過程結束?!?/span>

    比較振幅15.0um和14.4um的溫度曲線可以看出,振幅減小,平衡溫度會隨之減小,而達到平衡溫度所需要的時間變長。


所以,這一過程中的平衡溫度可以通過振幅的大小來進行有效調節和控制,而并不像大振幅時所出現的劇烈黏彈產熱過程那樣難以控制。對低振幅超聲波這一特性的有效利用,將有可能實現聚合物器件的超聲波非熔融連接。

     另外,在實驗中發現,超聲波加工過程中極易出現焊接不均勻和局部過熱的現象,這在很多文獻中都有所提及,也是超聲波焊接的主要缺陷。

    根據上面的理論和實驗分析,這主要是因為:當焊區表面互相接觸時,超聲能量會在首先接觸的區域集中而使局部溫度升高,當該區域溫度到達玻璃點轉化溫度后,由于黏彈熱使溫度進一步迅速升高產生熔融,在熱傳導作用下該局部區域附近材料的溫度也會很快到達玻璃點轉化溫度而產生劇烈的黏彈熱,這種惡性循環會使大部分超聲能量集中在該區域,從而使該區域材料熔融,甚至過熱分解,產生焊接不均勻的現象。而低振幅超聲波能夠使溫度維持在玻璃點轉化溫度以下,對于這種焊接不均勻現象的改善具有重要意義。



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