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超聲波焊接的溫度是多少?

 二維碼 5541
發(fā)表時間:2024-05-29 10:54

   超聲波焊接的溫度是多少,一般不去特別考慮,因為:
   

超聲波塑料焊接是個瞬時、高溫、高壓、局部生熱的過程,兩塑料件待焊面在壓力的作用下緊密接觸,超聲波的作用下,接觸面塑料迅速升溫熔化;超聲波停止后,接觸面熔融的塑料在焊頭壓力的作用下,變形并慢慢凝固成具有一定連接強度的接頭。


各種塑料的熔點.png

超聲波焊接產(chǎn)生熱量.png

超聲波焊接產(chǎn)生熱量過程.png

整個焊接過程焊接時間短,只有零點幾秒到幾秒,加上機械作業(yè)時間在內(nèi)不超10s,焊接區(qū)域的溫度在零點幾秒的時間內(nèi)從室溫升到焊接塑料的粘流態(tài)溫度以上;同時焊接只是在焊接接觸面的局部產(chǎn)生熱量,局部焊接區(qū)域的溫度場是個封閉環(huán)境。


這樣,超聲波塑料焊接的溫度具有瞬時、升溫速度快、局部高溫的特點,對其進(jìn)行測量非常困難,而且由于焊接區(qū)域熔化后會在一定壓力下產(chǎn)生擠壓變形,熔化材料的鋪展過程對于焊接溫度場和應(yīng)力場分布的作用巨大,且熔化塑料在高溫下可能分解產(chǎn)生氧化性氣體。這樣,超聲波塑料焊接的溫度測量更是困難重重,也不能采用紅外燈非接觸測量方式。



   

超聲波焊接溫度

超聲波焊接過程




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(diào)節(jié)的,振幅由換能器和變幅 。桿決定。這三個量相互作用有個適宜值,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,所加的壓力也不能太大。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。


超聲波焊接機工作過程方框圖.jpg

振動系統(tǒng)(機械諧振單元).png

常見塑料的超聲波焊接性能.png

超聲波焊接的溫度解釋:

      從上述超聲波焊接原理來分析,超聲波焊接機本身是不產(chǎn)生溫度的,是塑料殼上下接觸面高頻振動摩擦產(chǎn)生熱量。初次接觸超聲波焊接設(shè)備的朋友,一般不理解這個原理,我們一般會讓他用手去觸摸超聲波焊頭,并不會發(fā)熱,并不會像傳統(tǒng)其他焊接方式一樣,如熱板、熱熔、甚至是高周波焊接,本身都是需要加熱才會發(fā)熱的。

      超聲波焊接塑料產(chǎn)品,焊接時產(chǎn)生的溫度需要克服塑膠材質(zhì)的熔點才可以實現(xiàn)粘合,不同的塑料材質(zhì),他們的性能是不同的,熔點也是不同的,需要采用的超聲波頻率和功率也是不同的。作為使用超聲波焊接設(shè)備的技術(shù)人員,沒有必要對焊接溫度做深入分析。 如果焊接是出現(xiàn)了不良,可以通過優(yōu)化焊接參數(shù)來解決問題。

不同塑料的超聲波焊接振幅估算.png

超聲波振幅對熔接的影響.png

  超聲波焊接振幅與溫度、焊接尺寸和焊接環(huán)境關(guān)系的試驗,結(jié)合理論分析可知:當(dāng)器件結(jié)構(gòu)尺寸和焊接環(huán)境一定時,超聲波焊接存在一臨界振幅,當(dāng)振幅小于該臨界值時,在焊區(qū)最高溫度到達(dá)Tg前溫度場達(dá)到平衡,因此不管施加多長時間的超聲波都不會出現(xiàn)劇烈的黏彈性產(chǎn)熱過程,聚合物也不會發(fā)生熔融。進(jìn)一步減小振幅,當(dāng)振幅為14.4Um時,溫度曲線顯示,當(dāng)焊接時間接近12s,溫度才達(dá)到峰值,接著溫度保持在該溫度值附近直至超聲過程結(jié)束?!?/span>

    比較振幅15.0um和14.4um的溫度曲線可以看出,振幅減小,平衡溫度會隨之減小,而達(dá)到平衡溫度所需要的時間變長。


所以,這一過程中的平衡溫度可以通過振幅的大小來進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和控制,而并不像大振幅時所出現(xiàn)的劇烈黏彈產(chǎn)熱過程那樣難以控制。對低振幅超聲波這一特性的有效利用,將有可能實現(xiàn)聚合物器件的超聲波非熔融連接。

     另外,在實驗中發(fā)現(xiàn),超聲波加工過程中極易出現(xiàn)焊接不均勻和局部過熱的現(xiàn)象,這在很多文獻(xiàn)中都有所提及,也是超聲波焊接的主要缺陷。

    根據(jù)上面的理論和實驗分析,這主要是因為:當(dāng)焊區(qū)表面互相接觸時,超聲能量會在首先接觸的區(qū)域集中而使局部溫度升高,當(dāng)該區(qū)域溫度到達(dá)玻璃點轉(zhuǎn)化溫度后,由于黏彈熱使溫度進(jìn)一步迅速升高產(chǎn)生熔融,在熱傳導(dǎo)作用下該局部區(qū)域附近材料的溫度也會很快到達(dá)玻璃點轉(zhuǎn)化溫度而產(chǎn)生劇烈的黏彈熱,這種惡性循環(huán)會使大部分超聲能量集中在該區(qū)域,從而使該區(qū)域材料熔融,甚至過熱分解,產(chǎn)生焊接不均勻的現(xiàn)象。而低振幅超聲波能夠使溫度維持在玻璃點轉(zhuǎn)化溫度以下,對于這種焊接不均勻現(xiàn)象的改善具有重要意義。



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