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超音波焊接技術-塑料產品焊接時出現各種品質不良研究

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發表時間:2017-04-20 17:59作者:恒力信網管來源:深圳恒力信超聲波設備有限公司網址:http://www.playdomination.com
文章附圖

超音波焊接技術-塑料產品焊接時出現各種品質不良研究

超聲波模具的設計不合理

超聲波模治具架設不準確受力不平均原理

在一般認為超音波作業時,產品與模具表面只要接觸準確就可以得到應該的超聲波焊接機熔接效果,其實這只是表面的看法,超音波既然是摩擦振,就會產生音波傳導的現象.

我們如果單只觀察硬件(模治具)的穩合程度,而忽略了整合型態的超音波作業方式,必定會產生舍本逐末或誤判的后果,所以在此必須先強調超音波熔接的作業方式是傳導音波,使成振動摩擦轉為熱能而熔接. 這時候超音波模治具的穩合程度、產品截面的高低、肉厚、深淺、材質的組織,必定無法是百分之百承受相同的壓力。  

另一方面上模(H o r n)輸出的能量,每一點都有其誤差值,并非整個面發出的能量都相同。就這整體而言,勢必產生產品熔接線熔接程度的差異。所以也就必須作修正,如何修正,那就是靠超音波熔接機本身的水平螺絲,或是貼較薄的膠帶或鋁箔來克服了。  



超聲波機器功率不足

客戶在購買超音波熔接機時,通常較難預料未來產品發展的規格,所以會遇到較大產品對象超出超音波標準熔接的情形。此時在不增加成本的預算下,只得以現有設備來作業生產。

超聲波焊接機解析: 質量無法穩定最主要因素是輸出功率不能穩定,以導致無法形成穩定的摩擦熱能。而如何讓功率輸出穩定?此乃決定于 <1>機臺輸出功率;〈2〉HORN 擴大比;〈3〉氣壓源;〈4〉電壓源等四項。 1、機臺輸出功率 +HORN擴大比率=實際可用功率。由此可知在一定產品實施超音波熔接時,于規劃與設計的觀點而言,機臺輸出功率愈強,相對 HORN的擴大比所設計的也愈小。 反之機臺輸出功率愈小, HORN設計的擴大比也愈大。例如 : 2200W的超音波熔接機,HORN的 擴大比是 2.5 倍。換成 3200W超音波熔接機時,HORN的擴大比可能只要1.5倍即可。然而并非強調超聲波焊接機焊接機輸出的功率要大,而是要對一項塑料產品實施超音波熔接 時,給予最適合的環境作業,其間尚需考慮成本的預算,產品的功能需求,熔接標準等考慮再來規劃出完整的工作設備與超音波使用技巧。

塑膠材質選用不當

每一種塑料材質的熔點,各有不同:

例如:ABS塑料材質的熔點約115℃,耐隆約175℃、PC之145℃以上、PE約85℃為例:ABS與PE二種材質的熔點差距太大,超音波熔接勢必困難。而ABS與PC二種材質,亦有差距,但已非前項差距如此之大,是以尚可熔接,但在超音波功率相同,能量擴大相同的情況下,相異的塑料材質,絕無法比相同材質的熔接效果好。  

焊接后產品變形扭曲

1.降低壓力(壓力最好在2kg 以下)。  

2.減少超音波熔接時間(降低強度標準)。  

3.增加硬化時間(至少0.8 秒以上)。  

4.分析超音波上下模是否可局部調整(非必要時)。  

5.分析產品變形主因,予以改善。  


焊接不穩定

1.增加熔接安全系數(依序由熔接時間、壓力、功率)。  

2.啟用微調固定螺絲(應可控制到0.02m/m)。  

3.檢查超音波上模輸出能量是否足夠(不足時增加段數)。  

4.檢查治具定位與產品承受力是否穩合。  

5.修改超音波導熔線。  


超聲波焊接原理

超聲波焊接是熔接熱塑性塑料制品的高科技技術,各種熱塑性膠件均可使用超聲波焊接處理,而不需加溶劑,粘接劑或其他輔助品,其優點是增加多倍生產率,降低成本,提高產品質量。  

超聲波塑膠焊接原理:由發生器產生20KHZ,(或15KHZ)的高壓,高頻信號,通過換能系統,把信號轉換為高頻機械振動,加于塑料制品工件上,通過工作表面及內在分子間的磨擦而使傳導到接口的溫度升高,當溫度達到此工件本身的熔點時,使工件焊接口迅速溶化,繼而填充于接口間的空隙,當振動停止,工件同時在一定的壓力下冷卻定型,便達成完美的焊接。  

塑膠件材質和公差影響

1.超聲波在塑料件中傳播,塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減,從而對超聲加工效果產生一定的影響,塑料一般有非晶體材料之分,按硬度有硬膠和軟膠之分,還有模數的區分,通俗地來說,硬度高,低熔點的塑料超聲加工性能優于硬度低、高熔點的塑料。因此,這就牽涉到超聲波加工距離的遠近問題,  

2、塑料件的加工條件對超聲焊接的影響  

塑料件經過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產生一定影響的因素。  

A:濕度缺陷:濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過程中形成,濕度缺陷在焊接中衰減有用能量,使密封位滲水,加長焊接時間,所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。  

B:注塑過程的影響:  

注塑過程參數的調整會引致如下缺陷:  

①尺寸變化(收縮、彎曲變形)  

②重量變化  

③表面損傷  

④統一性不佳  

C:保存期:塑料件注塑加工出來后,一般最少放置24小時后,再進行焊接,以消除塑料件本身應力、變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。  

D:再生塑料  

再生塑料的強度比較差,對超聲波焊接適應性也較差,所以如用再生塑料,各種設計尺寸均要酌情加以考慮。  

E:脫模劑和雜質  

脫模劑和雜質對超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑、雜質等震開,但對于要求密封、或在高超聲波工作原理  頻率高于人的聽覺上限(約為20000赫)的聲波,稱為超聲波,或稱為超聲。 超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律,與可聽聲波的規律并沒有本質上的區別。但是超聲波的波長很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的波長很短,通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍,因此超聲波的衍射本領很差,它在均勻介質中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,這一特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時,推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的??栈饔茅ぉぎ敵暡ㄔ谝后w中傳播時,由于液體微粒的劇烈振動,會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用,從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,會使液體的溫度驟然升高,起到了很好的攪拌作用,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發生乳化,并且加速溶質的溶解,加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。  

我們知道正確的波的物理定義是:振動在物體中的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個條件:一是振動源,二是傳播介質。波的分類一般有如下幾種:一是根據振動方向和傳播方向來分類。當振動方向與傳播方向垂直時,稱為橫波。當振動方向與傳播方向一致時,稱為縱波。二是根據頻率分類,我們知道人耳敏感的聽覺范圍是20HZ-20000HZ,所以在這個范圍之內的波叫做聲波。低于這個范圍的波叫做次聲波,超過這個范圍的波叫超聲波。  、波在物體里傳播,主要有以下的參數:一是速度V,二是頻率F,三是波長&lambda;。三者之間的關系如下:V=F.&lambda;。波在同一種物質中傳播的速度是一定的,所以頻率不同,波長也就不同。另外,還需要考慮的一點就是波在物體里傳播始終都存在著衰減,傳播的距離越遠,能量衰減也就越厲害,這在超聲波加工中也屬于考慮范圍。  

1、超聲波在塑料加工中的應用原理:  

塑料加工中所用的超聲波,現有的幾種工作頻率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙,在加壓的情況下,使兩個塑料件或其它件與塑料件接觸部位的分子相互撞擊產生融化,使接觸位塑料熔合,達到加工目的。  

強度的情況下,應盡可能去除。在有些情況下,先清洗塑料件是必要的。  

碰到此種用小機臺作大對象的情形,通常采取的方式有分好幾次熔接、增加超音波輸出功率(增加段)或增加熔接時間、壓力等。然而這也產生了質量不穩定的現象,因為電壓與氣壓直接影響到超音波輸出功率的穩定性。  

也就是說上班或尖峰時間,使用超音波作業的產品質量,與大家都下班后的質量穩定是不相同的。  

然而大家都下了班再使用超音波,那就不是工作效率了。所以這時采取的對策就是氣壓源采取獨立方式;要求在0.02m/m 以下之產品在超音波機臺加裝穩壓設備;調整出力段數、增加功率,但一般狀況超音波作業時功率輸出最好能掌握在2~4 段之間,如一定要在5~6 段作業,則生產作業時間必須盡量縮短,以避免零件、振動子的損耗。增加能量擴大器(H o r n上模)的擴大。但擴大程度如果超出4:1,將對H o r n本身、音波、電流有極大的影響  

超聲波焊接機質量不穩定

質量無法穩定最主要因素是輸出功率不能穩定,以導致無法形成穩定的摩擦熱能。而如何讓功率輸出穩定?此乃決定于  

機臺輸出功率;  

〈2〉H o r N 擴大比;  

〈3〉氣壓源;  

〈4〉電壓源等四項。  

1、機臺輸出功率+H o r N擴大比率=實際可用功率。由此可知在一定產品實施超音波熔接時,于規劃與設計的觀點而言,機臺輸出功率愈強,相對H o r N的擴大比所設計的也愈小。  

反之機臺輸出功率愈小,H o r N設計的擴大比也愈大。例如:2200W的超音波熔接機,H o r N的擴大比是2.5 倍。換成3200W超音波熔接機時,H o r N的擴大比可能只要1.5倍即可。然而并非強調超音波熔接機輸出的功率要大,而是要對一項塑料產品實施超音波熔接時,給予最適合的環境作業,其間尚需考慮成本的預算,產品的功能需求,熔接標準等考慮再來規劃出完整的工作設備與超音波使用技巧。  

2、在了解上述各種影響超音波熔接質量的關鍵性原因后,工程師在設計時,首當熟悉并評估1. 產品質量要求功能標準;2.現有超音波設備;  

3. 決定產品設計的形態、技巧如超音波導熔線、產品定位、材質)。因為既然可用設備資源已經固定,那就必須用產品設計的技巧來配合現有可用的設備才是正確的。  

4、在我們確定人為因素(1 ~ 2項)都無問題時,會發生質量不穩定現象,那肯定一個事實:即氣壓與電壓產生的影響。在我們多年來處理質量不能穩定現象時,也同時發現,在工作時間內無法達到的質量標準,卻在大家都下班,停止電壓、氣壓多數同時使用時,意外的達到質量要求標準。因此也發現多人或多單位使用共同的氣壓與電壓源時,由于空氣壓縮機通常我們會設定空氣儲存筒里面的氣壓低于2 ~ 4kg的情況時再自動打氣充填這是一項形成的誤差原因。而氣壓源經過管路到達熔接機時,由于熔接速度快,第一次超音波熔接的氣壓與第二次或第三次存留于管路的氣壓亦形成誤差,如此將形成周期性或非周期性的質量異動。而電壓也由于電力公司輸出同時供數百萬人都有機會同時使用,此時產生的電壓降也不是我們所能控制,如此氣壓與電壓的變量,確確實實的造成能量輸出的變化,而影響精密質量的重要因素。當然必須列為診斷項目。  

塑膠件焊接后移位/錯位

1.降低熔接壓力。  

2.底模加高,使其超過熔接線2m/m 以上。  

3.使用超音波傳導熔接。  

4.上模(HRON)壓到產品才發振。  

5.修改塑料產品,增強定位。  

塑膠產品表面燙傷

1.降低壓力。  

2.減少延遲時間(提早發振)。  

3.減少熔接時間。  

4.引用介質覆蓋(如PE袋)。  

5.模治具表面處理(硬化或鍍鉻)。  

6.機臺段數降低或減少上模擴大比。  

7.易震裂或斷之產品,治具宜制成緩沖,如軟性樹脂或覆蓋軟木塞等(此項指不影響熔接強度)。  

8.易斷裂產品于直角處加R角。  

十六、超聲波熔接后,發現變形扭曲怎么辦?  

1.降低壓力(壓力最好在2kg 以下)。  

2.減少超音波熔接時間(降低強度標準)。  

3.增加硬化時間(至少0.8 秒以上)。  

4.分析超音波上下模是否可局部調整(非必要時)。  

5.分析產品變形主因,予以改善。  

塑膠產品內部零件的破壞

1.提早超音波發振時間(避免接觸發振)。  

2.降低壓力、減少超音波熔接時間(降低強度標準)。  

3.減少機臺功率段數或小功率機臺。  

4.降低超音波模具擴大比。  

5.底模受力處墊緩沖橡膠。  

6.底模與制品避免懸空或間隙。  

7.H o r N(上模)逃孔后重測頻率。  

8.上模逃孔后貼上富彈性材料(如硅利康)。  

焊接后出現毛邊或溢料

1.降低壓力、減少超音波熔接時間(降低強度標準)。  

2.減少機臺功率段數或小功率機臺。  

3.降低超音波模具擴大比。  

4.使用超音波機臺微調定位固定。  

5.修改超音波導熔線。  

十九、超聲波熔接后,發現產品尺寸不穩定怎么調?  

1.增加熔接安全系數(依序由熔接時間、壓力、功率)。  

2.啟用微調固定螺絲(應可控制到0.02m/m)。  

3.檢查超音波上模輸出能量是否足夠(不足時增加段數)。  

4.檢查治具定位與產品承受力是否穩合。  

5.修改超音波導熔線。  

產品單邊的燙傷

超音波振動熔接,并非單純直線縱向振動(撓曲與橫向振動不在此本次討論中),而是形成交叉式縱向下降振動,而上模超音波輸出端能量亦是有一定的強弱分布點,氣壓、電壓、機臺雖決定功率輸出能量的穩定性,但能量分布點亦呈現比例性增減。  

如果發現超音波熔接時制品總是單點燙傷,即表示上模該點輸出能量與產品該點形成應力對應,此時若改變超音波振動面的接觸點,將可改善熱能集束產生的燙傷。  

超聲波焊接是熔接熱塑性塑料制品的高科技技術,各種熱塑性膠件均可使用超聲波焊接處理,而不需加溶劑,粘接劑或其他輔助品,其優點是增加多倍生產率,降低成本,提高產品質量。  

超聲波塑膠焊接原理:由發生器產生20KHZ,(或15KHZ)的高壓,高頻信號,通過換能系統,把信號轉換為高頻機械振動,加于塑料制品工件上,通過工作表面及內在分子間的磨擦而使傳導到接口的溫度升高,當溫度達到此工件本身的熔點時,使工件焊接口迅速溶化,繼而填充于接口間的空隙,當振動停止,工件同時在一定的壓力下冷卻定型,便達成完美的焊接。  

塑料件材料

1.超聲波在塑料件中傳播,塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減,從而對超聲加工效果產生一定的影響,塑料一般有非晶體材料之分,按硬度有硬膠和軟膠之分,還有模數的區分,通俗地來說,硬度高,低熔點的塑料超聲加工性能優于硬度低、高熔點的塑料。因此,這就牽涉到超聲波加工距離的遠近問題,  

2、塑料件的加工條件對超聲焊接的影響  

塑料件經過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產生一定影響的因素。  

A:濕度缺陷:濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過程中形成,濕度缺陷在焊接中衰減有用能量,使密封位滲水,加長焊接時間,所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。  

B:注塑過程的影響:  

注塑過程參數的調整會引致如下缺陷:  

①尺寸變化(收縮、彎曲變形)  

②重量變化  

③表面損傷  

④ 統一性不佳  

C:保存期:塑料件注塑加工出來后,一般最少放置24小時后,再進行焊接,以消除塑料件本身應力、變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。  

D:再生塑料  

再生塑料的強度比較差,對超聲波焊接適應性也較差,所以如用再生塑料,各種設計尺寸均要酌情加以考慮。  

E:脫模劑和雜質  

脫模劑和雜質對超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑、雜質等震開,但對于要求密封、或在高超聲波工作原理  

頻率高于人的聽覺上限(約為20000赫)的聲波,稱為超聲波,或稱為超聲。  

超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律,與可聽聲波的規律并沒有本質上的區別。但是超聲波的波長很短,只有幾厘米,甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的波長很短,通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍,因此超聲波的衍射本領很差,它在均勻介質中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,這一特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時,推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的??栈饔茅ぉぎ敵暡ㄔ谝后w中傳播時,由于液體微粒的劇烈振動,會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用,從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,會使液體的溫度驟然升高,起到了很好的攪拌作用,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發生乳化,并且加速溶質的溶解,加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。  

我們知道正確的波的物理定義是:振動在物體中的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個條件:一是振動源,二是傳播介質。波的分類一般有如下幾種:一是根據振動方向和傳播方向來分類。當振動方向與傳播方向垂直時,稱為橫波。當振動方向與傳播方向一致時,稱為縱波。二是根據頻率分類,我們知道人耳敏感的聽覺范圍是20HZ-20000HZ,所以在這個范圍之內的波叫做聲波。低于這個范圍的波叫做次聲波,超過這個范圍的波叫超聲波。  

波在物體里傳播,主要有以下的參數:一是速度V,二是頻率F,三是波長&lambda;。三者之間的關系如下:V=F.&lambda;。波在同一種物質中傳播的速度是一定的,所以頻率不同,波長也就不同。另外,還需要考慮的一點就是波在物體里傳播始終都存在著衰減,傳播的距離越遠,能量衰減也就越厲害,這在超聲波加工中也屬于考慮范圍。  

1、超聲波在塑料加工中的應用原理:  

塑料加工中所用的超聲波,現有的幾種工作頻率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙,在加壓的情況下,使兩個塑料件或其它件與塑料件接觸部位的分子相互撞擊產生融化,使接觸位塑料熔合,達到加工目的。  

強度的情況下,應盡可能去除。在有些情況下,先清洗塑料件是必要的。  

焊接聲音

分析原因:

1.開機后電流表動

2.開機后電流表不動

解決方法:

1.檢測主板是否損壞,維修主板

2.沒多大問題,可能受到干擾

超聲波熔接后產生傷痕