超声波塑料焊接临界温度场分析
塑料超声波焊接简介
塑料超声波焊接简介1.连接器超声波焊接原理及步骤1.1超声波焊接简介及原理超声波焊接是利用超声波振动频率，接触摩擦产生热能而使两个塑胶件在焊接界面熔融而固定在一起。
超声波焊接是一种快捷、干净、有效的装配工艺，用于满足塑胶件高强度的装配要求，是广泛使用的一种先进装配技术，适用于多种类型塑胶件的装配。
正常情况下，超声波焊件具有较高的抗拉强度，可以取代溶剂粘胶及机械紧固等装配方法，同时还可以具有防水、防潮的密封效果。
超声波焊接的工作原理是通过超声波发生器将50 Hz或60 Hz电流转换成 15、20、30或40 kHz的电能，被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头，如图1所示。
图1超声波焊接原理焊头将接收到的振动能量传递到待焊接塑胶件的界面，在该区域，振动能量通过摩擦方式被转换为热能，将塑料熔化，振动停止后维持在塑胶件上的短暂压力使两塑胶件以分子连接方式凝固为一体，如图2所示。
图2超声波焊接过程1.2超声波焊接步骤超声波焊接详细步骤如图3所示：图3超声波焊接详细步骤1.3超声波焊接在连接器中的适用范围、优点及局限性1.3.1超声波焊接在连接器中的适用范围超声波焊接是一种快速高效的连接技术，不需要焊剂和外部加热。
超声波塑料焊接以其生产效率高、生产成本低、精度保证高、质量一致性好合维护使用方便等优点，广泛应用于连接器行业。
超声波焊接可以应用到需要塑料连接的场合。
对于两体式的绝缘体连接，可以直接应用超声波焊接来替代传统的胶粘剂粘接。
对于依靠倒钩相扣的绝缘体连接形式也可以直接改为超声波焊接，取消原倒钩和横抽芯的模具结构，达到简化模具结构、提高产品可靠性的目的。
对于一体式的印制板连接器，改用超声波焊接结构可以解决绝缘体开裂问题，避免塑压参数的客观或人为的变化造成批量生产不稳定，且可以简化结构。
1.3.2超声波焊接的优点超声波焊接是一种快捷、十净、可靠性高的装配工艺，具有以下优点：1)焊接速度快，效率高。
超声波塑料焊接机主要参数
超声波塑料焊接机主要参数超声波塑料焊接机是一种利用超声波振动的热塑性塑料焊接设备。
它以不破坏原料的性能为前提，将两个或两个以上的塑料件通过高频振动使它们接触在一起，然后进行塑料熔融，冷却和固化，最终形成一个坚固的焊接。
被广泛应用于汽车、电子、医疗、玩具、家电和包装等行业，它的主要参数如下：1. 频率：超声波焊接机的频率主要分为20kHz、30kHz、35kHz、40kHz等多种类型，其中40kHz是目前国内最常用的类型，因为它具有高效、稳定、精准的优点。
2. 功率：超声波焊接机的功率会影响它的焊接质量和速度。
一般来说，功率越高，焊接速度越快，但是过高的功率会导致焊接质量下降。
选择超声波焊接机时，需要根据具体需要选择合适的功率。
3. 电源：超声波焊接机的电源主要分为交流电和直流电两种类型。
交流电的使用范围相对较广，可以适用于各种塑料材料，在一些高端的应用领域中，需要使用直流电来提高焊接精度和质量。
5. 间隙控制：超声波焊接机的间隙控制是指焊接时塑料件间的间距大小。
在焊接前，需要调整间隙，使得两个塑料件能够精准地接触在一起。
间隙太小会导致塑料件无法完全融合，间隙太大则会影响焊接质量。
6. 焊接时间和温度：超声波焊接机的焊接时间和温度会直接影响焊接质量和效率。
焊接时间需要根据具体需求来调整，而焊接温度一般不超过材料的熔点。
超声波塑料焊接机的参数是影响其焊接质量和效率的关键因素，选择合适的参数可以提高焊接的质量和效率，从而满足不同客户的需求。
除了以上提到的主要参数之外，超声波塑料焊接机还具有一些其他的重要特点和优势，如下所述：1. 高效、稳定和可靠：超声波塑料焊接机采用高频振动来焊接塑料件，具有高效、稳定、可靠的优点。
它能够在短时间内完成焊接过程，并且能够保证焊接质量的稳定性和一致性。
2. 易操作、易维护：超声波塑料焊接机操作简便，需要的技能较低，能够快速学会和使用，同时维护成本也较低。
3. 操作环保、耗能低：超声波塑料焊接机的工作原理是通过高频振动来实现塑料件的熔融，不需要使用化学成分或其他极端条件，对环境没有污染，同时能够降低能源消耗。
塑料超声波焊接中的安全与防护
塑料超声波焊接中的安全与防护郭红彬09732 45摘要本文对塑料超声波焊接中的安全问题进行了分析探讨，并提出相应的解决措施。
关键词超声波塑料焊接安全引言塑料超声波焊接由于其他独特的优点已开始受到人们的重视，在我国，超声波塑料焊机虽然尚未普及，但不少企业已开始采用这种技术。
可以预计，随着塑料工业的迅猛发展，超声波塑料焊机的用户将会越来越多，所以有必要对使用这种技术带来的安全问题进行研究，以减少乐意避免的危害，并在安装，使用时统筹安排。
塑料超声波焊接原理超声波焊机由3部分组成：发生器，声学系统及加压系统。
发生器将50Hz的功率电流转化成20kHz或其他频率的超声波电流，用以激励声学系统，该系统将电能转化成同频率的机械振动，在压力的作用下，塑料件的焊缝处得到超声频的机械能。
焊机组成如图1所示。
超声振动导致焊接表面凹凸交变变形，这种微观不平通过塑料分子间的摩擦将振动转化为热能，并熔化这些凹凸点，使之流动，最后形成接头。
不仅如此，一般要认为地家凹凸点——导能筋，以保证焊接质量稳定，控制容易。
焊机操作安全问题及防护从上述超声波塑料焊接原理及焊接工艺的特点可以看出：塑料超声波焊接时大安全问题涉及一下几个方面：1、电击；2、高频电磁场；3、机械振动噪声；4、塑料熔化时形成的有毒烟雾；5、灼伤；6、机械伤害等，下面一一加以论述。
1、电击超声波塑料焊机的电击问题来自如下3个方面：（1）发生器本身漏电（2）机架壳体是一个电极，一般超声波塑料焊机的声学系统的激励电源是这样引入的：换能器的电极片为一个电极，而另一个电极直接接在机架上，所以焊机工作时，机架式带电的，如果接地不好，或接地电阻太大，不小心碰到机架时会有触电感觉。
（3）换能器声学系统的电/声转换是通过压电陶瓷片实现的，从静止的观点看，它是一个电容。
换能器长时间工作时压电片上会积累一定的电荷。
若不小心碰到换能器电极片，或拆卸前没有对之放电，电击的感觉将会很强烈，而且压电片上的这种残余电荷自然放掉的速度是很慢的，有时一个星期也放不净，可见对于后两类电击问题，要注意两个问题:1/保证机架良好接地；2、加上换能器屏蔽架，或拆卸前必须放电。
浅谈超声波焊接塑料件的设计塑料件
浅谈超声波焊接塑料件的设计塑料件超声波焊接是一种常见的塑料件焊接方法，可以实现高效、可靠的连接效果。
它利用超声波振动原理，将塑料件加热至熔化点，并使用压力将熔化的塑料件连接在一起。
本文将从设计角度探讨超声波焊接塑料件的一些关键问题。
首先，塑料件的设计要考虑到焊接过程中的振动能量传递。
超声波焊接是通过超声波振动将能量传递到塑料件内部，使其加热并熔化。
因此，塑料件的设计要合理选择焊接位置和焊接面积，以保证超声波能够有效传递。
同时，对于较大的塑料件，还需要考虑振动能量在塑料件内部的均匀分布，避免局部加热不均而导致焊接不牢固或质量不稳定。
其次，塑料件的材料选择也是超声波焊接设计中的重要因素。
不同的塑料材料具有不同的熔化点和热导率，对于超声波焊接的适用性也有所差异。
一般来说，具有较高熔化点和热导率的塑料材料更适合超声波焊接。
此外，塑料材料的熔化温度和熔化指数也需要进行合理的选择，以保证焊接过程中的熔化和冷却效果。
此外，塑料件的结构设计也需要考虑到焊接后的强度要求。
超声波焊接会在焊接接头周围形成一定的塑料熔化区，这可能会对焊接接头的强度产生影响。
为了增加焊接接头的强度，可以采用一些设计措施，比如在接头周围增加一定的壁厚，或者采用一些加强结构，如加筋或齿形结构等。
此外，对于一些对强度要求较高的应用，还可以考虑采用多点焊接或均匀分布焊接的方式，以增加连接的稳定性和可靠性。
最后，塑料件的表面处理和预处理也是超声波焊接设计中的一个重要环节。
塑料件的表面质量和干净程度对焊接接头的质量有直接影响。
因此，在进行超声波焊接之前，需要对接头表面进行适当的处理，如去除油污、杂质和氧化层等。
此外，还可以考虑采用一些增粘剂或者使用专用的焊接剂，以提高焊接接头的质量和品质。
总而言之，超声波焊接塑料件的设计需要综合考虑焊接过程中的振动能量传递、塑料材料的选择、结构设计的强度要求、表面处理和预处理等因素。
通过合理的设计，可以实现高效、稳定和可靠的超声波焊接效果，为塑料件的应用提供可靠的连接方式。
塑料焊接温度
塑料焊接温度摘要：一、塑料焊接温度的基本概念二、塑料焊接温度的影响因素1.塑料材料的热稳定性2.焊接设备和技术3.环境温度和湿度三、塑料焊接温度控制的方法1.选择合适的焊接设备2.调整焊接参数3.控制环境温度和湿度四、塑料焊接温度对焊接质量的影响1.焊接强度2.焊接外观质量3.焊接可靠性五、总结与建议正文：塑料焊接温度是塑料加工过程中至关重要的一个环节。
它直接影响到焊接质量、强度和外观效果。
为了确保焊接质量，我们需要深入了解塑料焊接温度的影响因素，掌握控制方法，并合理调整焊接参数。
一、塑料焊接温度的基本概念塑料焊接温度是指在焊接过程中，塑料材料所需达到的最低温度，使其具有良好的流动性和焊接性能。
不同的塑料材料具有不同的热稳定性，因此需要根据材料性质来确定合适的焊接温度。
二、塑料焊接温度的影响因素1.塑料材料的热稳定性：不同材料的耐热性不同，因此在焊接过程中需要根据材料的热稳定性来调整焊接温度。
2.焊接设备和技术：焊接设备的技术水平和性能直接影响到焊接温度的高低。
选用合适的焊接设备，可以提高焊接质量。
3.环境温度和湿度：环境温度和湿度对塑料焊接温度也有很大影响。
过高或过低的温度以及潮湿的环境都会影响到焊接质量。
三、塑料焊接温度控制的方法1.选择合适的焊接设备：选用性能优良的焊接设备，可以更好地控制焊接温度，保证焊接质量。
2.调整焊接参数：焊接过程中，通过调整焊接电流、电压、焊接速度等参数，可以控制焊接温度，达到理想的焊接效果。
3.控制环境温度和湿度：在焊接过程中，对环境温度和湿度进行控制，有利于保证焊接质量。
四、塑料焊接温度对焊接质量的影响1.焊接强度：焊接温度过高或过低，都会导致焊接强度降低。
合适的焊接温度可以使焊接部位具有良好的强度。
2.焊接外观质量：焊接温度过高，可能导致塑料材料烧焦、变色等问题。
控制焊接温度，可以提高焊接外观质量。
3.焊接可靠性：合适的焊接温度可以提高焊接可靠性，避免焊接部位在使用过程中出现脱落、断裂等问题。
浅谈超声波焊接塑料件的设计
浅谈超声波焊接塑料件的设计超声波焊接是一种在塑料件生产过程中被广泛使用的一种技术。
它将高频振动Ultrasound（20kHz到70kHz）转化为热量，这个热量会溶解在塑料件中产生摩擦，从而把两个塑料件连接起来。
它广泛应用于生产汽车、消费品和医疗设备等领域的塑料件。
在设计超声波焊接塑料件的时候，需要考虑多种因素，本文将对浅谈超声波焊接塑料件的设计做一个介绍。
第一步是正确选择塑料材料。
高分子塑料由于具有高分子结构，可以具有出色的机械强度和耐磨性，并且便于生产大量塑料零件。
聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙等塑料都是常用的焊接材料。
等。
焊接材料的选择不仅取决于物理性能，还取决于耐化学性、堆叠优良性等方面。
正确的选择可以使焊接结果更加理想。
接下来是选择合适的超声波焊接机。
它一般由焊接机和超声波焊头组成。
焊接机会提供定时、定温度、定压力、定速度和可视化监控等功能。
超声波焊头是产生超声波振动的部分，需要根据需要选择合适的角度或形状。
同时，超声波焊接机需要精确控制其振动力和振幅等参数。
这些因素可以影响最终的焊接强度和美观度。
因此，正确选择超声波焊接机非常重要。
第三步是确保产品设计合理。
因为超声波焊接是通过热量溶解塑料件来实现的，所以针对具体的产品设计需要考虑产品的形状、尺寸以及壁厚。
从这些方面考虑可以保证焊接的质量和稳定性。
例如，尺寸过小、形状复杂或壁厚不均匀的产品需要谨慎考虑。
此外，塑料件的表面质量在超声波焊接中也非常重要，对凸出部分应该加工成倒角并去除塑料件中的毛刺和颗粒。
第四步是进行预热和冷却。
在预热和冷却的过程中，要注意温度和冷却速度。
预热可以使塑料件达到特定温度，使其更易于焊接。
冷却可以减缓焊接的热损失，确保其连接强度。
这两个步骤需要根据具体的产品设计和材料选择来制定合适的方案。
另外，预热过度和冷却过程不够理想都会影响焊接的品质。
总之，在超声波焊接塑料件的设计中，需要仔细考虑进材料选择、超声波焊接机的选择、产品设计和预热和冷却等因素。
塑料的超声波焊接技术缺陷及预防
塑料的超声波焊接技术缺陷及预防目前常用的各种零件焊接方式1．超声波焊接2，振动焊接3，旋转焊接4，热板焊接5．感应焊接6，接触电阻焊接7，热气焊接8，挤出焊接超声波焊接和旋转焊接是我们实际中在塑胶产品上应用的最多，最广泛的。
接下来只就针对这两种焊接工艺做讲述。
其它的焊接工艺，有兴趣的朋友可以自已找资料学习研究和是私下找我商讨也行。
首先，我们一定要真正弄清焊接的原理，只有这样，才能设计出好的焊接结构，才能在这种结构上成为真正的工程师，不然你的所谓经验和资料，都将成为你的绊脚石。
一,焊接的原理：几乎所有的焊接，都是将两焊接零件的焊接端面分子产生运动，使它们相互扩散，相互缠结。
达到相互连接的目的。
如我们的超声波焊接就是利用焊头的高频振动,使两焊接零件高频磨擦，将机械能转化为热能，热能将两焊接面的分子溶解，恢复其活性，然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的，而我们通常用的502胶水，或是其它粘接剂，胶水本是一种高腐蚀的液体，它将焊接面的分子膨涨，恢复其活性，然后在外作用力的辅助下，分子相互缠结来达到焊接目的。
其实不难明白。
焊接就是一个让分子相互缠结的过程。
二,超声焊接剖析：2.1:超声波焊接设备，相信各位都有见过，还是再来哆嗦一下。
如图：由上图我们不难明白，超声焊的焊接原理：1,输入低频电 --->◊---◊2.通过电源箱变频，转换成高频电输出>3.通过变压器装置将高电频信号转换成机械振动。
原理就和电铃一样，都是电磁场的高频切换来实现，这个就是我们所谓的超声了。
--->◊---◊4.通过振幅变压器整合振幅>---◊5.输出能量，将焊头引至高频振动>---◊6.焊头将塑胶零件高频摩擦，产生热能。
使塑胶熔化。
>7.风压装置同时下压运动.将两零件融合在一起，然后冷却，达到粘结目的。
接下来着重讲下超声装备各部件的基本参数：通过电源箱变频后，其输出频率通常在20~50kHZ之间，(20kHZ最常用)其振幅通常在15~60um.也有时候会将其频率调成15Khz.这种声频率适合用来超声较大制件或是较软的材料，如大型的PP材料外壳等。
超声波塑料焊接技术详解
超声波塑料焊接技术详解一、超声波模具架设不准确、受力不平均怎么办？在一般认为超声波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的超声波焊接机焊接效果，其实这只是表面的看法，超声波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象.我们如果单只观察硬件（模具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超声波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超声波焊接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而焊接. 这时候超声波模具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。
另一方面上模（H o r n）输出的能量，每一点都有其误差值，并非整个面发出的能量都相同。
就这整体而言，势必产生产品焊接线焊接程度的差异。
所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠超声波焊接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。
二、塑料产品材质配合不当?每一种塑料材质的熔点，各有不同，例如ＡＢＳ塑料材质的熔点约115℃，耐隆约175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ约85℃为例：ＡＢＳ与ＰＥ二种材质的熔点差距太大，超声波焊接势必困难。
而ＡＢＳ与ＰＣ二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可焊接，但在超声波功率相同，能量扩大相同的情况下，相异的塑料材质，绝无法比相同材质的焊接效果好。
三、超声波机台输出能量不足该怎么处理?客户在购买超声波焊接机时，通常较难预料未来产品发展的规格，所以会遇到较大产品对象超出超声波标准焊接的情形。
此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生一、超声波模具架设不准确、受力不平均怎么办？在一般认为超声波作业时，产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的焊接效果，其实这只是表面的看法，超声波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象.我们如果单只观察硬件（模具）的稳合程度，而忽略了整合型态的超声波作业方式，必定会产生舍本逐末或误判的后果，所以在此必须先强调超声波焊接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而焊接. 这时候超声波模具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。
超声波焊接温度
超声波焊接温度
超声波焊接是一种利用超声波振荡产生的热能进行焊接的方法。
超声波焊接温度是指在超声波焊接过程中，工件被加热的温度。
焊接温度对于超声波焊接的质量和效果有着重要的影响。
一方面，温度要足够高以实现焊接过程中的塑性流动和金属结合。
另一方面，温度不能过高，以免引起工件的变形、熔融或烧焦等不良现象。
具体的超声波焊接温度往往根据具体的材料和工件而有所不同。
不同材料有不同的软化温度和熔化温度，需要根据材料的特性和焊接要求来确定焊接温度。
通常情况下，超声波焊接的温度在50℃到100℃之间。
需要注意的是，在超声波焊接过程中，除了焊接温度外，焊接时间和焊接压力也是影响焊接效果的重要因素。
合适的焊接参数配合，可以保证超声波焊接的高效率和高质量。
超声波在塑料焊接方面的应用
超声波在塑料焊接方面的应用：超声波塑料焊接机原理：当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。
又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。
当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。
这三个量相互作用有个适宜值，能量超过适宜值时，塑料的熔解量就大，焊接物易变形；若能量小，则不易焊牢，所加的压力也不能太大。
这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。
超声波塑料焊接的方法1、熔接法：超声波振动随焊头将超声波传导至焊件，由于两焊件处声阻大，因此产生局部高温，使焊件交界面熔化。
在一定压力下，使两焊件达到美观、快速、坚固的熔接效果。
2、埋植(插)法：螺母或其它金属欲插入塑料工件。
首先将超声波传至金属，经高速振动，使金属物直接埋入成型塑胶内，同时将塑胶熔化，其固化后完成埋插。
3、铆接法：欲将金属和塑料或两块性质不同的塑料接合起来，可利用超声波铆接法，使焊件不易脆化、美观、坚固。
4、点焊法：利用小型焊头将两件大型塑料制品分点焊接，或整排齿状的焊头直接压于两件塑料工件上，从而达到点焊的效果。
5、成型法：利用超声波将塑料工件瞬间熔化成型，当塑料凝固时可使金属或其它材质的塑料牢固。
6、切除法：利用焊头及底座的特别设计方式，当塑料工件刚射出时，直接压于塑料的枝干上，通过超声波传导达到切除的效果。
超声波金属焊接的原理超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。
当时在作电流点焊电极加超声振动试验时，发现不通电流也能焊接上，因而发展了超声金属冷焊技术。
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塑料 焊接 过程 中多 场 耦 合 模 型 ＿４ Ｊ，提 出 了摩 擦 热 和 触面积 ，有利 于温度 的测 量与分 析 ．ＰＭＭＡ板材 的材
粘 弹性热 复合 产 热 机 理 的观 点 ，并 通 过 测 温 试 验 验 料参数为 ：密 度 １．１８ ｋｇ／ｍ ，比热 容 １．４７ Ｊ／（ｋｇ·ｏＣ），
证 了该 观点 的正 确性 ．
热导率 ０．２ ｍＷ／（ｍｍ·Ｋ），玻璃化转变温 度 ￣／ｌＯ５
前期 焊 接参 数 优 化 试 验 进 一 步 显 示 ，超 声 振 幅 ℃ ，熔 融 温度 Ｔ ／１５５ ｃｃ．选 用 Ｖｉｓｃｏ８８粘 弹性 单 元 ，
是 影 响焊接 质量 的 主要 因素 ．文 中 以 ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍ． ｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）材 料 为 例 ，利 用 多 场耦 合 理 论 模
加 于模 型 的上 表 面 ，底 面节点 为全 约束 ．
据这 个现 象可 以预 测 ，应该 存 在一 临界 振 幅 ，在 振 幅
对 每一个 振动 周期 首先进 行 摩擦 热 与热 传 导计 低 于该 临界值 时 ，导 能 筋 表 面上 产 生 的摩 擦 产 热 过
算 ，将所 得各 节 点 的温 度 作 为 粘 弹热 初 始 温度 场 计 程 和热传 导散 热 过程 达 到平 衡 ，而 使 导 能 筋 界 面 温
第３ ７卷 第１期
焊 接 学 报
Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１
２ ０ １ ６ 年 １月 ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＷＥＬＤＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮ Ｊａｎｕａｒｙ ２ ０ １ ６
超 声 波 塑 料 焊 接 临 界 温 度 场 分 析
张 宗波 ， 贺 庆 强 ， 罗 怡 ， 王 晓 东 ， 王 立 鼎
算粘 弹热 ．将 粘 弹热所 得 温度 场 作 为下 一 个 计算 周 度维 持在 低于 的 某 一 温度 附 近 ，不 能 激 活 以
（１．中国石油大学 （华东 ）机 电工程学 院 ，青岛 ２６６５８０； ２．大连理工大学 辽宁省微纳米技术及系统重点实验室 ，大连 １１６０２４）
摘 要 ：采用多场耦合模型对超声波塑料焊接过程 中的摩擦 热和粘 弹热 进行 了数值 计算 ，并 分析 了超 声振幅对 焊 接 区温度场 的影 响．基于计算结果 ，提 出了超声波焊接过程存在 临界振 幅 ，当超声 振幅低于该 临界振幅 时 ，不管 焊 接 时间多长 ，都不能形成熔融焊接 区．制备 了相应 的试件 并搭 建测温系统对焊接过程进行测温试验 ，试验结果 与数 值计算结果具有 较高一致 性 ，进一 步对 临界 振幅附近的临界温度场进行了分析和探讨．研究临界温度场 ，有 助于解 决超声 波塑料焊接过程中温度场难 以控制 的难题 ，同时为超声波塑料器件非熔融连接方法奠定基础． 关键 词 ：超声波塑料焊接 ；临界振 幅 ；临界温度场 中图分类号 ：ＴＧ ４５６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：０２５３—３６０Ｘ（２０１６）０１—００２０—０３
Ｆｉｇ．１ Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ
第 １期
张 宗波 ，等 ：超声 波 塑料焊 接 临界温度 场分 析
２１ Leabharlann 材 料本 构关 系选 择 １０单 元广 义 Ｍａｘｗｅｌｌ模 型．超声 量不会再在焊 区有效积累而使焊 区温度继续上升 ，
加 ∞ 如 ｍ ∞ 如 如 ｍ
振 动 的振 幅分 别 为 ２０，３０，４０ ｐ，ｍ，频率 为 ３０ ｋＨｚ，施 所 以不 能 激 活 以上 的 剧 烈粘 弹性 产 热 过 程 ．根
超 声 振 动
型 ，针 对超 声振 幅对 焊 接 区 温 度场 的 影 响进 行 了计
算和分析．结果显示 ，对于材料和导能筋 尺寸一 定
的器件 ，超声波焊接过程存在临界振幅 ，当超声振幅
低于该 临界振幅时，不管焊接 时间多长 ，都不能形成
收稿 日期 ：２０１４—０３—２８ 基金项 目：国家 自然科 学基 金资助项 目（５１２０５４１４）；中央高校基 本
科 研 业 务 费 专 项 资 金 资 助 项 目 （１４ＣＸ０２１９９Ａ， １４ＣＸ０２０７０Ａ）；辽 宁省 重 点 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 （２０１１０３０１）；青岛市科 技计 划基础 研究 资助项 目（１３－１－ ４－２５７．ＪＣＨ）
图 １ 有 限元计算模型 （ｍｍ）
秒甚 至 不足 一秒 的 时 间里 ，要 完 成 超 声 振 动 在 声 学
系统及焊件 中的传播 、焊 区产热及热 传导 、焊 区形 １ 仿 真 分 析
成 、冷却等多个步骤．其 中，超声能量转化为热能的
产 热过 程是 实 现超 声 波焊 接 的主 要 原 因 ，也 是 影 响 １．１ 仿 真模型
０ 序 言
熔 融 焊接 区．文 中进 一 步通 过 测 温试 验 对 临界 振 幅 的存 在 ，以及 临 界温度 场 的特性 进 行 了分析 和探讨 ，
超 声波 塑料 焊 接 过 程 短 暂 而 复 杂 ，在 短 短 的数 为实 现焊接 过 程 的精 确 温度控 制奠 定 了基 础 ．
单一 的产 热机 理实 现振 动 机 械 能 向热 能 的转 化 ．文 计 算．为 了提 高 计算 效 率 采 用 二 维 模 型 ，如 图 １所 中基 于粘 弹性 理 论 和 数 值计 算 技 术 ，建 立 了超 声 波 示 ．文 中采 用 矩 形 导 能 筋 结 构 ，能有 效 增 加 初 始 接
焊接质 量 的最 重 要 因 素 ．关 于 该 过 程 的产 热 机 理 ，
以前 期研 究 中提 出的摩擦 热 一粘 弹性 热 复 合计
国 内外 进 行 了大量 的试 验研 究 与理 论 分 析 Ｊ．随 算模 型 为基 础 Ｊ，采 用 商 用 软 件 Ａｎｓｙｓ对 ＰＭＭＡ材
着研究 的深入 ，人 们 逐 渐 发 现 该 过 程 中并 不 是 依 靠 料 焊接 过程 中不 同振 幅下产 生 的温 度场 进行 了仿 真