超声波焊接的原理及应用

LOGO高分子材料超声波焊接技术分1黄浩内容提要基本概念1焊接原理2工艺条件3当前应用4总结展望5超声波焊接的基本概念超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。国外在1960年开始应用超声波焊接技术优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏、非焊接区域不发热，易实现自动化等优点,已被广泛用于同种材料或不同材料之间的连接。溶剂粘敷:连接物表面需要处理,不但费时,还易造成外观粗糙。热融接法:焊接质量极差,工件外观易变形,尤其是当产品要求密封性好时,废品率极高。超声波焊接的基本概念过程：在超声波振动能的作用下,焊接线首先开始熔化,熔体在压力作用下向被焊产品上下表面铺展,,当停止超声后,温度降下来熔融塑料凝固从而使被焊产品连接在一起。超声波焊接的机理早期的理论：当塑料工件表面产生超声波振动时,接触表面因摩擦而温度升高实现焊接,非焊接面没有摩擦,温度也不会升高。Frankel等人将之等效为从接触界面到材料内部的一维热传导问题。试验发现在材料的玻璃点转变温度Tg附近有温升率增大的现象,而给出的模型并不能与之很好的吻合。Menges等人认为热主要来自材料内部的摩擦而非界面摩擦Tolunary等人通过实验发现试件内部质点的热主要来自材料的粘性耗散Benatar等人利用DMA方法（动态力学测试）测试了低频下材料的动态模量,基于“时温等效性原理”平移并外推得到了高频(20kHz)下材料的动态模量。超声波焊接的机理提出了摩擦生热是启动热源，粘弹热是主要热源的产热机理。静态松弛模量，Maxwell模型，10阶Prony级数超声波焊接的机理动态粘弹性时温等效原理DMA温度谱超声波焊接的机理应变能与周期温升超声波焊接的机理初始温度的影响超声波焊接的机理初始产热源超声波焊接的机理产热机理超声波焊接的工艺参数一、材料选择热塑性vs热固性非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递）能量传递特性（近场与远场）吸湿性（PC、PA）PC，PS，SAN，ABS，PMMA二、设备参数振幅焊接时间超声波焊接的工艺条件制品厚度焊接压力超声波焊接的工艺条件三、焊线设计能量引导超声波焊接的工艺条件焊件自准超声波焊接的工艺条件特殊焊接设计超声波焊接的工艺条件点焊铆焊超声波焊接的工艺条件凸缘连接焊应用领域：医械、包装、汽配、渔具等行业产品：汽车、服装、塑料玩具自封袋、塑料酒瓶盖、洗碗机水轮、塑料假鱼饵、充电器外壳和手机吊带的焊接、一次打火机外壳。材料范围：ABS塑料、AEC塑料、AMMA塑料、ABA塑料、ARS塑料、AS塑料、PS塑料、PP塑料、PC塑料、PE、PVC、POM等超声波焊接的应用汽车PC转向灯和PMMA/ABS反射器灯具超声波焊接的应用汽车炮筒式仪表超声波焊接的应用聚合物微器件的超声波焊接键合超声波焊接的应用燃气表装配工艺改进单台燃气表成本合计下降2.36元,按年产20万台燃气表计算,总零部件成本下降472000元超声波焊接的前景展望(1)研究焊接区域的状态，包括熔融区结晶度、取向程度、化学组分等，深入研究超声波焊接机理(2)完善焊接质量的检测手段，尤其是完善实时跟踪监测方法(3)模拟焊接过程焊接区域温度、应力变化规律，为实验起指导作用(4)研究新的导能机构和连接层材料，扩大焊接技术的应用范围(5)建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系规律，减少实验次数，降低成本。参考文献【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全【4】超声波塑料焊接机理，张宗波【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮【9】塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进展，张宗波【10】超声波焊接技术在汽车炮筒式仪表上的创新应用，魏鹿义【10】超声波焊接技术在燃气表装配领域的应用，吕洪彬欢迎提问！