新穎的塑料加工技術——超聲波塑料焊接

當代社會，塑料的各種制品，已滲透到人們日常生活的各個領域，同時也被廣泛應用到航空、船舶、汽車、玩具、電子等行業。然而，由于注塑工藝等因素的限制，在相當一部分形狀復雜的塑料制品不能一次注塑成型，這就需要粘接，而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝又相當落后，不僅效率低，且粘接劑還有一定的毒性，引起環境污染和勞動保護等問題。傳統的這種工藝已不能適用現代塑料工業的發展需要，于是一種新穎的塑料加工技術——超聲波塑料焊接以其高效、優質、美觀、節能等優越性脫穎而出。

超聲波塑料焊接機在焊接塑料制品時，即不要填加任何粘接劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源，具有操作簡便、焊接速度快、焊接強度高、生產效率高等優點。因此，超聲波焊接技術越來越廣泛地獲得應用。

一、超聲波塑料焊接機的工作原理。

當超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。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，所加的壓力也不能達大。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。

二、超聲波塑料焊接的方法

1、熔接法超聲波振動隨焊頭將超聲波傳導至焊件，由于兩焊件處聲阻大，因此產生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達到美觀、快速、堅固的熔接效果。

2、埋插法螺母或其它金屬欲插入塑料工件。首先將超聲波傳至金屬，經高速振動，使金屬物直接埋入成型塑膠內，同時將塑膠熔化，其固化后完成埋插。

3、鉚接法欲將金屬和塑料或兩塊性質不同的塑料接合起來，可利用超聲波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅固。

4、點焊法利用小型焊頭將兩件大型塑料制品分點焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上，從而達到點焊的效果。

5、成型法利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型，當塑料凝固時可使金屬或其它材質的塑料牢固。

6、切除法利用焊頭及底座的特別設計方式，當塑料工件剛射出時，直接壓于塑料的枝干上，通過超聲波傳導達到切除的效果。

三、起聲波塑料焊接機的組成及其作用

超聲波塑料焊接機由氣壓傳動系統、控制系統、超聲波發生器、換能器及工具頭和機械裝置等組成。

1、氣動傳動系統

包括有：過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節流閥、氣缸等。

工作時首先由空壓機驅動沖程氣缸，以帶動超聲換能器振動系統上下移動，動力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據焊接需要調定。

2、控制系統

控制系統由時間繼電器或集成電路時間定時器組成。

主要功能是：一是控制氣壓傳動系統工作，使其焊接時在定時控制下打開氣路閥門，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當焊接完后保壓一段時間，然后控制系統將氣路閥門換向，使焊頭回升復位；二是控制超聲波發生器工作時間，本系統使整個焊接過程實現自動化，操作時只啟動按鈕產生一個觸發脈沖，便能自動地完在本次焊接全過程。整個控制系統的順序是：電源啟動一觸發控制信號氣壓傳動系統，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發超聲發生器工作，發射超聲并保持一定焊接時間去除超聲發射繼續保持一定壓力時間退壓，焊頭回升焊接結束。

3、超聲波發生器

1）功率較大的超聲波塑料焊接機，發生器信號采用鎖相式頻率自動跟蹤電路，使發生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。

2）功率在500W以上的超聲波塑料焊接機所用發生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。

4、超聲波塑料焊接機使用的聲學系統

1）換能器

超聲波塑料焊接機用的聲學系統包括三個部分：1驅動部分2固定部分3工作部分。在以上三個組成部分中，驅動是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動換能器，其中半波長縱向振子與四分之一的波長縱向振子，半波長縱向振與半波長聚能器相連接組成一個全波長塑料焊接換能器，而四分之一波長縱向振子與四分之一波長聚能器相連，組成一個半波長換能器。

2）工具頭

對不同的焊接對象需要有不同工具頭，不管是近場焊接還是傳輸焊接，只有半波長的工具頭才能使焊接端面達到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機用聲學系統工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質合金，功率較大時也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。

四、超聲波塑料焊接機的型號和規格

超聲波塑料焊接機由于使用場合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一樣，其規格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機的幾十瓦到大型機的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內。

汕頭市金士達超聲機器有限公司研制生產的15KHz、20KHz的超聲波塑料焊接機是應用比較廣泛的機型，輸出功率分別為1000W-4000W之間，工作頻率為15KHz、20KH