超声波焊接原理示意图

超声波焊接原理示意图

上图显示了大多数超声波塑料焊接机中的组件。本节将分解每个标记的组件，定义其功能，并描述整个组件如何操作以实现塑料焊接。

超声波塑料焊接机的各个单元

以下是超声波塑料焊接机中使用的主要部件的简要列表：

电源-超声波发生器以设定的频率和功率为超声波振动系统提供电能。通常是v输入，输出15khz-40khz的高频电流。

超声波焊接机外形功能示意图超声波焊接机整机图

压力机构-气动活塞/压力机向下推动堆叠（或由超声波换能器/转换器、增幅器和超声波焊头组成的组件），以确保塑料部件匹配良好并达到有效焊接所需的温度。该组件类似于典型的气动压力机；但是，它不会物理地将塑料压在一起——它只会施加焊接所需的压力。

超声波焊接系统

超声波换能器/转换器——标记为两个独立的部分（因为它们有时是分开的），换能器/转换器是主要负责将电能转化为机械振动的组件。这个组件内部有几个压电片，它们会在存在电信号时膨胀或收缩。当正弦交流电流施加到换能器时，这些压电元件将在高频下膨胀和收缩，并输出焊接所需的必要机械振动。超声波焊接机的典型输出频率为15-40kHz，但具体频率取决于所使用的材料。

超声波增幅器——虽然产生的信号是高频的，但来自传感器的输出振动必须被放大以允许发生足够的焊接——因此需要助推器。顾名思义，助推器经过调谐，可在特定频率下产生共振，以放大到焊头的信号以产生足够的焊接。助推器也是将堆叠子组件连接到焊接压力机的组件。

超声波焊头——焊接模头是另一个为振动信号提供机械增益的调谐组件。作为这些机器中受力最大的部件之一，焊头必须由耐用的材料（钛、铝等）制成，并且必须设计成能够有效地将振动传递到零件而不会开裂。这可能需要轴向开槽、硬化尖端和加工尖端，以确保最大的能量传递。

超声波底模夹具-是在焊接过程中保持零件安装所需的支撑工具的一部分。就像腔穴一样，底座座通常加工有低公差轮廓，以防止零件在操作过程中移动。

超声波焊接是一种使用高频超声波振动将由相同或化学相容材料制成的两个部件结合在一起的方法，在它们之间形成固态焊接。将这种技术与塑料一起使用的优势在于，无需螺钉、胶水、螺纹、焊料或任何其他类型的粘合材料，即可在几秒钟内形成高强度、气密和水密的粘合。已焊接的零件无需留在夹具中进行固化，使其可立即用于自动化生产线。塑料的超声波焊接是一种环保工艺，消耗的能量非常少，同时产生具有成本效益、永久和清洁的焊接。该工艺用于电气、计算机、汽车、航空航天、医疗和包装行业，仅举几例.

超声波焊接机通过电缆从系统电源模块向超声波振动系统馈送高频电，并转换成高频机械振动。由于这不会产生足够的振动来获得大多数热塑性树脂的熔体温度，因此使用振幅放大将输入振动放大到焊接过程所需的比率。焊头将振动中的能量传递给热塑性工件。焊头的设计与特定工件的轮廓相匹配。它将振动衰减到特定值并施加使过程正常工作所需的力。

这种焊接过程取决于使用的塑料软化但不熔化，因此它最适合热塑性塑料而不是热固性聚合物。

超声波塑料焊接步骤

以下是超声波塑料焊接所涉及的步骤的简要概述。请注意，这些是一般步骤，可能代表也可能不代表特定模型中使用的过程。此外，请注意图1中的组件将在描述超声波塑料焊接的步骤时被引用。

步骤1.两个热塑性零件以重叠的方式放置在支撑工具中（通常作为搭接接头）。

将产品放置与超声波夹具中

步骤2.通过气动活塞降低堆叠，使焊头与零件接触。

超声波焊头下降

步骤3.对零件施加精确的压力。

施加压力

步骤4.机器开启并在设定的时间（称为焊接时间）内向零件传递高频振动。

施加超声波振动

步骤5.零件在设定的时间内保持压缩状态（称为保持时间），使塑料冷却并融合在一起。

步骤6.将堆叠从零件中取出，并检查新接头的质量和强度。

冷却并释放压力

超声波塑料焊接的优缺点

在行业中使用超声波塑料焊接有几个吸引人的好处；但是，用户在使用之前必须了解这项技术的优缺点。请注意，本节并非详尽无遗，仅简要概述了超声波塑料焊接的优缺点：

优点：

超声波塑料焊接速度快

焊缝牢固、完全密封且不含额外材料

使用超声波焊接可以将不同类型的塑料焊接在一起

超声波塑料焊接故障率低，操作方便

超声波塑料焊接生产成本低，能源和材料效率高

缺点：

塑料零件需要相对较薄才能在超声波焊接中工作，并且通常必须是非悬垂接头

超声波塑料焊接有尺寸限制（通常长度mm）

超声波塑料焊机需要定制专用的超声波模具

虽然可以将不同类型的塑料焊接在一起，但材料选择仅限于低水分含量和常规强度的热塑性塑料，如ABS、聚碳酸酯、聚苯乙烯、尼龙、聚丙烯等。

超声波焊接应用案例

超声波焊接应用

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