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超聲波的概念

超聲波是指頻率大于20000Hz以上的聲波，超聲波是聲波大家族中的一員，其超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），故而得名超聲波。超聲波的方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，可用于測距、檢測、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。本文所介紹的超聲波焊接就是超聲波在塑膠焊接領(lǐng)域的一個典型應(yīng)用。

超聲波焊接的局限性

盡管超聲波焊接有眾多的優(yōu)點，但超聲波焊接也有一定的局限性，在選擇超聲波焊接工藝之前和進(jìn)行超聲波焊接塑膠件零件設(shè)計時，產(chǎn)品設(shè)計工程師必須清楚了解超聲波焊接的局限性，并通過合理零件設(shè)計來避免超聲波焊接缺陷的產(chǎn)生、提高焊接的質(zhì)量。

1)  材料的限制性；超聲波焊接并不能夠焊接所有的塑料，這是超聲波焊接局限性。有的塑料焊接性能好，連云港摩擦焊，有的塑料焊接性能差；而且超聲波焊接一般僅適合于同一種或者類似塑料之間的焊接。如果兩個塑膠件材料不同，多數(shù)時候超聲波焊接無能為力。因此，一旦選定超聲波焊接工藝，就不能輕易更改零件材料。有工程師曾經(jīng)向筆者反映，為何ABS材料的兩個塑膠件進(jìn)行超聲波焊接時，焊接質(zhì)量非常好，但由于其它設(shè)計要求，摩擦焊加工廠，把一個塑膠件的ABS材料換成PBT，就很難焊上？就是這個原因。

2)  不可拆卸性；超聲波焊接是不可拆卸性連接，無法進(jìn)行返工；一旦兩個零件通過超聲波焊接裝配成一體，如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題，就無法進(jìn)行返工。

3)  零件大小和形狀的限制；中小型的塑膠件適合超聲波焊接，尺寸一般小于250x300mm，較大的零件可能需要多個焊接工序。而且超聲波焊接一般適用于形狀比較單一的塑膠件，形狀復(fù)雜的塑膠件有可能焊接質(zhì)量較低。

4)  超聲波的能量很大，在焊接過程中有可能造成塑膠件本身因為強(qiáng)度不夠而發(fā)生損壞，同時也可能造成產(chǎn)品內(nèi)部其它零部件損壞。因此，震動摩擦焊，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，盡可能增加塑膠件的強(qiáng)度和產(chǎn)品內(nèi)部其它零部件的強(qiáng)度，或者將零部件遠(yuǎn)離焊接區(qū)域，盡量把強(qiáng)度不高的其它零部件安排在超聲波焊接工序之后再進(jìn)行裝配。

5) 超聲波對于人的聽力有傷害，摩擦焊設(shè)備，應(yīng)準(zhǔn)備好勞保用品。

壓力機(jī)

壓力機(jī)用于固定焊接套件及施加焊接所需的作用力。它由固定工裝夾具的底座和施加作用力的氣缸組成。壓力機(jī)上帶有壓力表和調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)焊接作用力。應(yīng)該注意的是某一超聲波焊接設(shè)備上設(shè)定的特定表壓與另一設(shè)定同一表壓的焊機(jī)提供的焊接作用力不一定相同。焊接作用力應(yīng)該用測壓儀校準(zhǔn)以便對不同焊機(jī)之間的焊接作用力進(jìn)行直接比較。壓力機(jī)上也有流量控制閥可以對焊頭接近待焊零件的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。有些焊接設(shè)備采用電磁力加壓系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的氣缸，能更好地控制接近速度，在焊接小型或精密零件時是有益的。

4 支撐工裝

壓力機(jī)底座固定焊接過程中支撐零件的工裝。支撐工裝是為防止下部零件在超聲波作用時發(fā)生移動專門設(shè)計的，它通常加工成緊密匹配零件表面輪廓的形狀。夾具從簡單到復(fù)雜的都有，由零件設(shè)計來決定。下部零件必須受到牢固放置和支撐。夾具或底座應(yīng)可調(diào)確保零件垂直于焊頭。夾具可由若干材料加工而成。不銹鋼是很好的選擇，因為它容易機(jī)加工和拋光。特型夾具現(xiàn)在可直接經(jīng)由 CAD 數(shù)據(jù)加工。較大的、復(fù)雜的、奇形怪狀的或小批量零件通常采用澆注型軟質(zhì)聚氨酯裝夾。

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