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超声波焊接工艺参数(二)

2021-04-02 15:42
超声波塑料焊接的评价指标有两个:焊接强度和焊接精度。焊接精度主要满足焊接件焊后的几何精度和表观质量,如尺寸精度、形状精度及连接件外观表面的一致性。影响焊接强度和精度的因素有很多,可以分为三大类:一类是超声波焊接机可以调节的影响因素:另一类是被焊接材料本身物理和几何参数的影响:第三类是环境的因素。下面是超声波焊接设备可以调节的影响因素。

焊接时间
焊接时间是施加振动的时间 。每一用途合适的焊接时间由试验确定 。 增加焊接时间会提高焊缝强度直至达到最佳时间为止 。 进一步增加焊接时间会导致焊缝强度降低或者只是稍稍增加强度,而与此同时会增加焊缝飞边和提高产生零件压痕的可能性 。避免过焊是很重要的,因为会产生需修整的过量飞边,这可能降低焊缝质量,在需密封接头的零件中产生漏隙 。焊头可能擦伤表面 。较长焊接时间时在远离接头区域的零件部分还可能出现熔化和断裂,尤其在模制件中的孔洞 、焊合线和尖角处是这样 。

保压时间
保压时间是指焊后零件在无振动压力下结合和凝固的标称时间 。 在大部分情况下,它并不是 一个关键参数, 0.3 到 0.5 秒一般足够了,除非内载荷易于拆开焊接零件 ( 如焊前压缩的螺旋弹簧) 。 压力焊接压力提供了焊头与零件耦合所需的静力,以便振动传入零件中 。 在焊接循环的保压阶段接头处的熔化材料凝固时,同样的静载荷确保零件连成一体 。 最佳压力的确定对于良好焊接是必不可少的 。 如果压力过低,会造成能量传递差或不足的熔体流动,导致不必要的长时间焊接循 环 。增加焊接压力会减少实现相同位移所需的焊接时间 。 如果压力过高,会造成沿流动方向的分子取向及降低焊缝强度,可能产生零件压痕 。极端情况下如果相对于焊头端部振幅来说压力过高,可能会过载 、使焊头停止 。在超声波焊接中, 高振幅需低压力,低振幅需高压力 。 随着振幅的增加,可接受的压力范围变窄 。 因此高振幅时最重要的是找到最佳压力 。 大多数超声波焊接是在恒压或恒力下进行的 。 对于某些装置,循环过程中力是可以改变的,即进行力分阶 ( force profi- ling ) ,在超声波能量施加给零件期间焊接作用力减小 。在焊接循环后期下降的焊接压力或作用力减少了从接头处的材料挤出量,延长分子间扩散时间,减低分子取向并提高焊缝强度 。对于有较低熔体粘度类似聚酰胺的材料而言,这可能大大提高焊缝强度 。

焊接模式
按时间焊接称之为开环过程 。 待焊零件在焊 头下降和接触之前装配于工装夹具之中 。 然后超 声波作用于组件一段固定时间,通常是 0. 2 - 1 秒 。 这个过程并不出现成功焊接 。 成功焊接是在 假设固定的焊接时间导致固定量的能量作用于接 头,产生可控量的熔化条件下的理想情况 。 实际 上,从一个循环到下一循环保持振幅吸收的功率 并不是一样的 。 这是由于多个因素造成的( 如两 零件之间的配合) 。 因为能量随功率和时间而变 化,时间固定,施加的能量从一个零件到下一零件 会发生改变 。 对于一致性非常重要的大批量生 产,这显然是不合乎要求的 。按能量焊接是具反馈控制的闭环过程 。 超声波机器软件测量吸收的 功率并调节加工时间以便向接头传递所需的能量 输入 。 这个过程的假设是如果每道焊缝消耗的能 量相同,接头处熔化材料的数量每次是相同的 。 然而实际情况是在焊接套件中以及尤其在焊头和 零件界面处存在能量损耗 。 结果,某些零件可能 比其它零件获得更多的能量,可能造成焊缝强度 不一致 。 按距离焊接允许零件按特定的焊接深度 连接 。 这种模式运作不取决于时间 、 吸收的能量 或功率,补偿模制件中的任何尺寸偏差,因而最好 地保证了每次在接头中熔化相同数量的塑料 。 为 了控制质量,可以对形成焊缝所用的能量或所花的时间设定限度。

以上的几个因素都可以通过超声波焊接机来进行调整。其中,焊接时间、超声压力、保持压力时间被认为是影响焊接强度和质量的最主要的因素。