振源越靠近焊縫接頭,因為材料吸收損失的能量就越小。當振源到接頭的距離小于6.4mm時,該過程被稱為近場焊接。適用于具有高能量吸收特性的結晶材料和低剛度的材料。當振源到接頭距離大于6.4mm時,該過程被稱為遠場焊接。適用于具有低能量吸收特性的無定形材料和高剛度材料。
在焊接過程中,超聲波振動垂直于接頭表面。導能筋上尖點在壓力下與被焊接零件接觸。在尖點上產生大量的熱,導能筋開始熔化。焊接過程可分為4個階段。
超聲波焊接的優點和缺點
與其它塑料焊接工藝相比,生產效率更高,成本更低。模具設計相對簡單,可實現快速換模,增加了設備的利用率和通用性。因為焊縫中不引入其它輔助焊接材料,所以焊縫干凈無雜質,不影響設備的生物相容性,也廣泛使用在要求更高的醫療保健行業。
應用領域
醫學:過濾器、導管、醫用服裝、口罩。
電子和電器:開關、傳感器、執行器等。
聚合物結構
半結晶塑料(Semicrystalline plastics)的分子結構有序排列。需要高熱量才能打斷其有序排列。熔點(Tm)很尖銳,只要溫度稍微下降,液態就會迅速發生固化。因此,從熱熔區域流出的熔體會迅速凝固。當處于固態時,半結晶材料分子特性像彈簧,會吸收很大一部分超聲波振動,而不是將振動傳遞給接頭區域。因此對于半結晶材料,需要采用高幅值輸出的焊頭,以產生足夠的熱量。
當填充劑含量超過10%時,材料中的磨料顆粒會導致焊頭磨損。因此,建議使用硬質合金鋼焊頭,或者表面有碳化鎢涂層的鈦合金焊頭。可能還需要選擇更高功率的超聲波設備,以便在接頭處產生足夠的熱量。
增塑劑,高溫有機液體或者低溫熔融固體增加了材料的柔軟性,降低了材料剛度。它們降低了聚合物內部分子間的吸引力,干擾了振動能量的傳遞。高塑化材料如乙烯基,是非常差的超聲波振動傳遞材料。增塑劑被認為是內部添加劑,但隨著時間的推移會遷移到塑料表面,從而使得超聲波焊接幾乎無法實現。
材料中添加的阻燃劑、無機氧化物或鹵化有機元素(如鋁、銻、硼、氯、溴、硫、氮或磷),能夠抑制火點或改變材料的燃燒特性。在大多數情況下,它們是不可以焊接的。阻燃劑可占材料總重量的50%或以上,大大減少了可焊接材料的含量。對于此類材料焊接,必須選擇高功率設備和大振幅焊頭,以及修改接頭設計增加接頭區域可焊接材料的含量。
發泡劑降低了材料傳遞超聲波振動的能力。因為材料的低密度,以及分子結構中的大量孔隙,干擾了能量的傳遞。
脫模劑
含水量
不同種材料