超声波焊接线的设计及超声波焊接机的测试

超声波焊接线的设计及超声波焊接机的调试(图)

1.强度无法达到欲求标准。当然我们必须了解超音波熔接作业的强度绝不可能达到一体成型的强度，只能说接近于一体成型的强度，而其熔接强度的要求标准必须仰赖于多项的配合，这些配合是什么呢？※塑料材质：ABS与ABS相互相熔接的结果肯定比ABS与PC相互熔接的强度来的强，因为两种不同的材质其熔点也不会相同，当然熔接的强度也不可能相同，虽然我们探讨ABS与PC这两种材质可否相互熔接？我们的答案是绝对可以熔接，但是否熔接后的强度就是我们所要的？那就不一定了！而从另一方面思考假使ABS与耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬间发出150度的热能，虽然ABS材质己经熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是软化而已。我们继续加温到270度以上，此时耐隆、PVC、PP、PE已经可达于超音波熔接温度，但ABS材质已解析为另外分子结构了！

由以上论述即可归纳出三点结论：１.相同熔点的塑料材质熔接强度愈强。２.塑料材质熔点差距愈大，熔接强度愈小。３.塑料材质的密度愈高（硬质）会比密度愈低（韧性高）的熔接强度高。

２.制品表面产生伤痕或裂痕。在超音波熔接作业中，产品表面产生伤痕、结合处断裂或有裂痕是常见的。

因为在超音波作业中会产生两种情形：1.高热能直接接触塑料产品表面 2.振动传导。所以超音波发振作用于塑料产品时，产品表面就容易发生烫伤，而1m/m以内肉厚较薄之塑料柱或孔，也极易产生破裂现象，这是超音波作业先决现象是无可避免的。而在另一方面，有因超音波输出能量的不足(分机台与HORN 上模)，在振动摩擦能量转换为热能时需要用长时间来熔接，以累积热能来弥补输出功率的不足。此种熔接方式，不是在瞬间达到的振动摩擦热能，而需靠熔接时间来累积热能，期使塑料产品之熔点到达成为熔接效果，如此将造成热能停留在产品表面过久，而所累积的温度与压力也将造成产品的烫伤、震断或破裂。是以此时必须考虑功率输出(段数)、熔接时间、动态压力等配合因素，来克服此种作业缺失。

解決方法：1.降低压力。2.减少延迟时间（提早发振)）。3.减少熔接时间。4.引用介质覆盖（如ＰＥ袋）。5.模治具表面处理（硬化或镀铬）。6.机台段数降低或减少上模扩大比。7.易震裂或断之产品，治具宜制成缓冲，如软性树脂或覆盖软木塞等（此项指不影响熔接强度）。8.易断裂产品于直角处加Ｒ角。

3.制品产生扭曲变形。发生这种变形我们规纳其原因有三：1.本体与欲熔接物或盖因角度或弧度无法相互吻合.

2.产品肉厚薄(2m/m以内)且长度超出60m/m以上.

3.产品因射出成型压力等条件导致变形扭曲.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力

是无法改变塑料的轫性与惯性。所以不要尝试用强大的压力，去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为6kg)，包含用模治具的强迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点，那就是从表面探讨变形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是经完成超音波熔接后，就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前，会因导熔线的存在，而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差，而在完成超音波熔接后，却显现成肉眼可看到的变形。解決方法：1.降低压力（压力最好在2kg 以下）。

2.减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

3.增加硬化时间（至少0.8 秒以上）。

4.分析超音波上下模是否可局部调整（非必要时）。

5.分析产品变形主因，予以改善。

4.制品内部零件破坏※超音波熔接后发生产品破坏原因如下：1.超音波熔接机功率输出太强.2.超音波能量扩大器能量输出太强.3.底模治具受力点悬空，受超音波传导振动而破坏.4.塑料制品高、细成底部直角，而未设缓冲疏导能量的R角.

5.不正确的超音波加工条件.

6.塑料产品之柱或较脆弱部位，开置于塑料模分模在线.所以当我们的产品经超音波作业而发生变形时，从表面看来好像是超音波熔接的原因，然而这只是一种结果，塑料产品未熔接前的任何因素，熔接后就形成何种结果。如果没有针对主因去探讨，那将耗费很多时间在处理不对症下药的问题上，而且在超音波间接传导熔接作业中(非直熔)，6kg以下的压力是无法改变塑料的轫性与惯性。所以不要尝试用强大的压力，去改变熔接前的变形(熔接机最高压力为6kg)，包含用模治具的强迫挤压。或许我们也会陷入一个盲点，那就是从表面探讨变形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是经完成超音波熔接后，就很明显的发现变形。其原因乃产品在熔接前，会因导熔线的存在，而较难发现产品本身各种角度、弧度与余料的累积误差，而在完成超音波熔接后，却显现成肉眼可看到的变形。

解決方法：1.提早超音波发振时间（避免接触发振）。2.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。3.减少机台功率段数或小功率机台。4.降低超音波模具扩大比。5.底模受力处垫缓冲橡胶。6.底模与制品避免悬空或间隙。7.HORN（上模）掏孔后重测频率。8.上模掏孔后贴上富弹性材料。

５.产品产生溢料或毛边※超音波熔接后产品发生溢料或毛边原因如下：1.超音波功率太强.2. 超音波熔接时间太长.3. 空气压力（动态）太大.4.上模下压力(静态)太大.5.上模(HORN)能量扩大比率太大.6.塑料制品导熔线太外侧或太高或粗.上述六项为造成超音波熔接作业后产品发生溢料毛边的原因，然而其中最关键性的是在第六项超音波的导熔线开设，一般在超音波熔接作业中，空气压力大约在2~4kg范围，根据经验值最佳的超音波导熔线，是在底部0.4~0.6m/m×高度0.3~0.4m/m 如：此型Δ，尖角约呈60°，超出这个数值将导至超音波熔接时间、压力、机台或上模功率的升高，如此就形成上述1~6项造成溢料与毛边的原因。解決方法：

1.降低压力、减少超音波熔接时间（降低强度标准）。

2.减少机台功率段数或小功率机台。

3.降低超音波模具扩大比。

4.使用超音波机台微调定位固定。

5.修改超音波导熔线。

６.产品熔接后尺寸无法控制于公差内※在超音波熔接作业中，产品无法控制于公差范围有其下述原因：1.机台稳定性(能量转换未增设安全系数).2.塑料产品变形量超出超音波自然熔合范围.3.治具定位或承受力不稳定.4.超音波上模能量扩大输出不配合.5. 熔接加工条件未增设安全系数.

解決方法：

1.增加熔接安全系数（依序由熔接时间、压力、功率）。

2.启用微调固定螺丝（应可控制到0.02m/m）。

3.检查超音波上模输出能量是否足够（不足时增加段数）。

4.检查治具定位与产品承受力是否稳合。

5.修改超音波导熔线。

超声波塑料焊接水、气密导熔线（焊线）设计我们欲求产品达到水、气密的功能时，定位与超声波导熔线是成败的重要关键，所以在产品设计时的考虑，如：定位、材质、肉厚，与超声波导熔线的对应比例有绝对的关系。在一般水、气密的要求，导熔线高度应在0.5~0.8m/m 之范围（视产品肉厚而定），如低于0.5m/m 以下，要达到水气密的功能，除非定位设定要非常标准，而且肉厚有 5 m/m 以上，否则效果不佳。一般要求水气密的产品其定位与超音波导熔线的方式如下：斜切式：适合水密性及大型产品之熔接，接触面角度=45°，x=w/2，d=0.3~0.8mm为佳。

阶梯尖式：适合水密性及防止外凸或龟裂之方法，接触面的角度= 45°，x=w/2，d=0.3~0.8mm为佳。峰谷尖式：适合水密性且高强度熔接，d=0.3~0.6mm内侧接触面之高度h 依形状大小而有变化，但h 约在1~2mm左右。产品实施超声波作业无法达到水、气密，除了超声波导熔线、治具定位、产品本身定位等因素外，超声波设定的条件也是一项主因。我们在此更深入探讨引响水气密的另一原因（熔接条件），在我们实施超音波熔接作业时，求效率求快是最基本目标，但往往也忽略了其求效率的要领，正常有两种现象出现：一、下降速度、缓冲太快：此一形成的速度，使动态压力加上重力加速度将把超声波导熔线压扁，使导熔线无法发挥导熔的作用，形成假相熔接。二、熔接时间过长：塑料产品因接收过长时间的热能，不仅使塑料材质熔化，更进而造成塑料组织焦化现象，产生砂孔，水或气即由此砂孔渗透而出。这是一般生产技术者最不易发现之处。