塑料焊接(超声波摩擦焊)

塑料件焊接1
塑料焊接种类
超声波焊接超声波原理设备类型、参数设计原则常见问题与解决方法
摩擦焊目录2
摩擦焊摩擦焊原理设备类型、参数设计原则常见问题与解决方法
各种方法优缺点比较
超声波焊接
摩擦焊
红外焊
热板焊接
激光焊接塑料件焊接种类3塑料焊接在汽车行业的应用4塑料焊接在汽车行业的应用5超声波原理设计原则设备类型、参数常见问题与解决方法超声波焊接6超声波特性声波频率为20Hz～20000Hz。当频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
超声波可在气体、液体、固体等介质中有效传播。
超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
超声波可传递很强的能量,方向性好，穿透能力强。
超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空话现象。
超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空话现象。超声波应用
熔接
铆接
埋植
点焊
切除
探测8
探测
清洗超声波焊接过程
高频电能转换成超声波的机械振动能，
机械振动通过焊接工作件传到零件接触面，
分子间的摩擦和接触面摩擦生热使塑胶融化，
保持压力使融料固化。焊接时段保压时段加压耦合摩擦、溶化保压固化9加压能量转换耦合摩擦、溶化保压固化压力振动焊接高度超声波焊接机原理
电源将220V/50Hz电能转换为频率20kHz以上的电能
换能器将20kHz电能於转换20kHz机械动能-超声波
超声波振幅通过调幅器和焊接头放大10•焊接头部表面振幅=换能器表面振幅x调幅器系数x焊接头系数超声波焊接机结构11焊接头换能器调幅器Sonotrodenbewegung.avi
焊接力、密封、外观的要求
成本
焊接材料
零件的尺寸
产品的结构选择焊接时考虑因素：13材料因素一、材料焊接性能：
热固性材料
热塑材料料无定形热塑性材料半结晶热塑性材料不同半结晶材料之间不能焊接无定形塑料半结晶塑料ABSABS+PCPMMA丁二烯-苯乙烯PC聚苯乙烯PET+PC聚乙烯聚氯乙烯尼龙聚甲醛聚丙烯PBT相容性示例图表无定形塑料ABS非常好好好一般ABS+PC好好一般好PMMA好一般好一般丁二烯-苯乙烯好一般PC一般好一般好好14PC一般好一般好好聚苯乙烯一般好PET+PC好好半结晶塑料聚乙烯差聚氯乙烯一般尼龙好聚甲醛好聚丙烯一般PBT好二、材料融化的温度：
塑料的融化温度越高、所需的焊接能量越大
不同软化温度的材料会影响其结合性能，两种材料软化温度相差小于22度。三、刚度：
材料的刚度
零件的刚度四、材料吸水性
材料吸湿性会显著影响焊接性能。材料因素15
材料吸湿性会显著影响焊接性能。五、脱模剂、润滑剂六、材料改性添加剂
增塑剂、冲击改性剂、阻燃剂、发泡剂、填料七、表面处理
喷漆、电镀、皮纹八、回料
不能大于10%，如焊接要求较高，禁止添加回料为了得到稳定的高性能的焊接：
焊接筋初始接触面尽量小
被零件有合理的定位
焊头接触面要合理
零件结构有利于超声波的传播结构设计因素161、直接结合
有效、快速
能量消耗少
对零件尺寸精度要求低
溢料较少
焊接强度取决于横向结合面积焊接设计17焊接设计设计时的注意事项：
焊接筋为正三角形或等边三角形，前段角度一般无定型材料为90°，半晶体材料为60°，视具体情况可在60～90变化。焊接量的高度方向尺寸与设定角度有关，一般在以0.5mm左右。
挡料边的一般为1/3壁厚，焊接完成后应有0.25到0.6m的间隙。
产品设置防止融化引起的飞边外露的沟槽。沟槽必须大于焊接时被软化的三角形凸起部分的体积。此时，三角形的凸起的高度为沟槽深度+焊接深度。18改进方法：
增加皮纹可以提高焊接强度，减少焊接时间。皮纹高度通常在0.08到0.15mm之间。
十字筋增加焊接面积，提高焊接强度。强度改进方法：19增加焊接面积，提高焊接强度。增加的十字筋大小为标准筋的60%。前段角度60°。
锯齿筋由于融料量增加，采用这种设计时需考虑溢料槽或挡料边。剪切结合
密封效果好
连接力较大
对零件尺寸精度要求高
对零件焊接部分结构强度要求高
焊接强度取决于剪切向结合面积
多用于尺寸小，形状规则的零件应用：剪切焊接：20应用：多用于半晶体塑料注意点：
剪切焊接时，产生较大的横向力，所以零件在焊接处必须有足够的强度或夹具支撑，避免零件变形影响焊接强度
零件外形尺寸不大于90mm、且形状规则
如果焊接仅仅要求连接，不要求强度和密封，可以使用间断式剪切焊接零件尺寸配合量尺寸公差18mm0.2到0.3mm±0.02518到35mm0.3到0.4mm±0.05035到90mm0.4到0.5mm±0.075注意事项：
尖角尖角容易产生应力集中，在焊接压力和高频震动下，尖角处容易产生破坏。建议增加R0.5mm圆角。
孔、洞、弯曲21
孔、洞、弯曲孔、洞、弯曲影响超声波的传播，能量无法传递到焊接平面，影响焊接质量。在焊接时尽量避免类似特征在焊接面与焊接头之间出现。焊接头接触面如果接触面过小，焊接头与零件的接触面应大于零件间焊接面。
焊接面据焊头距离一般小于6.5mm为近距焊接，大于6.5mm为远距焊接。材料本身会使产生波衰减，尤其半晶体塑料，并且距离越远，零件的强度越差，也会导致能量损失，故尽量使用近距焊接。
悬臂悬臂会受到震动影响，造成断裂。设计时尽量避免类似特征，如必须使用：1。尽量增大圆角，避免应力集中。221。尽量增大圆角，避免应力集中。2。增加悬臂强度，增加悬臂壁厚。3。调解焊接频率。
薄膜震动易发生在平板、圆形薄壁结构。如果发生可以：1。改变结构、增加支撑。2。调整焊接的频率、振幅。3。减少焊接时间。支撑夹具：支撑夹具在焊接时，支撑夹具的作用是防止被焊接零件移动、变形。夹具设计时通常与零件轮廓匹配，确保零件被充分固定，在焊接头下压时，零件不变形。23产品实例24产品实例25产品实例26产品实例27摩擦焊原理设备类型、参数设计原则常见问题与解决方法震动摩擦焊28震动焊接原理
摩擦产生热量，没有材料融化，
随着热量增加，材料开始融化，
材料接触面完全融化，
保持压力使融料固化。摩擦时段保压时段加压材料接触面保压固化29加压开始摩擦材料开始融化接触面完全融化保压固化压力摩擦焊接高度
装夹
合模
震动
保压冷却
分模震动焊接过程30选择焊接时考虑因素：
焊接力、密封、外观的要求
设备、成本
零件材料性质
产品的结构、尺寸公差
加工工艺性震动焊接要求31震动焊接机构造32影响震动焊接材料因素一、材料焊接性能：
热固性材料
热塑材料料（参照超声波）无定形热塑性材料半结晶热塑性材料
相同材料的零件可以相互焊接
半结晶材料震动焊性能更优33
半结晶材料震动焊性能更优
零件加工工艺对焊接性能没有影响
填料不同比例的零件可以焊接二、材料融化的温度：
塑料的融化温度越高、所需的焊接能量越大
不同软化温度的材料会影响其结合性能影响震动焊接因素34影响震动焊接因素三、材料改性添加剂
增塑剂、冲击改性剂、阻燃剂、发泡剂、填料3535100P–没有填充的聚甲醛300AS–碳纤维填充聚甲醛四、脱模剂、润滑剂、喷漆、电镀、皮纹五、回料：如焊接要求较高，禁止添加回料六、焊接深度对强度影响不大影响震动焊接因素EffectofMeltdown60010203040500.000.501.001.502.002.50Meltdown(mm)JointStrength(MPa)Zytel4162Zytel4230WellmanXT1668BK1WellmanXT1668BK2七、焊接压力焊接压力越大，结合面温度越高，焊接强度越低影响超声波焊接因素37UnfilledNylon6/6为了得到稳定的高性能的焊接：
焊接筋宽度与壁厚相等或近似
零件间有足够的间隙以便震动
零件有足够的强度，避免零件焊接时变形
考虑零件安装在焊接夹具的工艺性震动焊接筋设计38挡料筋的设计：焊接设计39焊接夹具结构焊接夹具几种形式：
用带有锯齿形夹具固定零件，零件留有翻边结构。
一侧用零件外形固定，另一侧凸起结构固定，通常用在一侧为薄壁的零件。
两侧零件均使用带有凸起的结构固定，两侧零件需留有夹具安装的特征。40零件定位结构零件定位几种形式：
薄壁特征预定位，在焊接时薄壁特征被撞掉。
使用焊接夹具定位。
使用定位孔销定位，在焊接时销断在孔内。41复杂截面复杂截面焊接时，焊接量随角度不同而不同，如果零件要求密封，单边最小焊接量应大于0.8mm焊接角度在运动方向上，小于10度的形状截面都可以焊接。43产品实例44产品实例45产品实例46产品实例47震动焊接机主要参数48震动焊接机主要参数49不同焊接工艺的比较50