1、高分子材料 超聲波焊接技術(shù),分1 黃浩,內(nèi)容提要,基本概念,1,焊接原理,2,工藝條件,3,當前應(yīng)用,4,總結(jié)展望,5,超聲波焊接的基本概念,超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面,在加壓的情況下,使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。,國外在1960年開始應(yīng)用超聲波焊接技術(shù) 優(yōu)點：焊接時間短、焊接強度高、表面無損壞、非焊接區(qū)域不發(fā)熱，易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點, 已被廣泛用于同種材料或不同材料之間的連接。 溶劑粘敷:連接物表面需要處理, 不但費時, 還易造成外觀粗糙。 熱融接法:焊接質(zhì)量極差, 工件外觀易變形, 尤其是當產(chǎn)品要求密封性好時, 廢品率極高。,超聲波焊接的基本概念,

2、過程：在超聲波振動能的作用下,焊接線首先開始熔化,熔體在壓力作用下向被焊產(chǎn)品上下表面鋪展,當停止超聲后, 溫度降下來熔融塑料凝固從而使被焊產(chǎn)品連接在一起。,超聲波焊接的基本概念,內(nèi)容提要,基本概念,1,焊接機理,2,工藝條件,3,當前應(yīng)用,4,總結(jié)展望,5,超聲波焊接的機理,早期的理論：當塑料工件表面產(chǎn)生超聲波振動時, 接觸表面因摩擦而溫度升高實現(xiàn)焊接, 非焊接面沒有摩擦, 溫度也不會升高。 Frankel 等人將之等效為從接觸界面到材料內(nèi)部的一維熱傳導問題。 試驗發(fā)現(xiàn)在材料的玻璃點轉(zhuǎn)變溫度Tg 附近有溫升率增大的現(xiàn)象,而給出的模型并不能與之很好的吻合。,Menges 等人認為熱主要來自材料內(nèi)

3、部的摩擦而非界面摩擦 Tolunary 等人通過實驗發(fā)現(xiàn)試件內(nèi)部質(zhì)點的熱主要來自材料的粘性耗散 Benatar 等人利用DMA方法（動態(tài)力學測試）測試了低頻下材料的動態(tài)模量,基于“時溫等效性原理”平移并外推得到了高頻(20kHz) 下材料的動態(tài)模量。,超聲波焊接的機理,超聲波焊接的機理,提出了摩擦生熱是啟動熱源，粘彈熱是主要熱源的產(chǎn)熱機理。,靜態(tài)松弛模量，Maxwell模型，10階Prony級數(shù),超聲波焊接的機理,動態(tài)粘彈性 時溫等效原理 DMA溫度譜,超聲波焊接的機理,應(yīng)變能與周期溫升,超聲波焊接的機理,初始溫度的影響,超聲波焊接的機理,初始產(chǎn)熱源,超聲波焊接的機理,產(chǎn)熱機理,超聲波焊接的機

4、理,內(nèi)容提要,基本概念,1,焊接機理,2,工藝條件,3,當前應(yīng)用,4,總結(jié)展望,5,超聲波焊接的工藝參數(shù),一、材料選擇 熱塑性vs熱固性 非結(jié)晶vs結(jié)晶（熔化溫度、能量補充、傳遞） 能量傳遞特性（近場與遠場） 吸濕性（PC、PA） PC，PS，SAN，ABS，PMMA,二、設(shè)備參數(shù) 振幅 焊接時間,超聲波焊接的工藝條件,制品厚度 焊接壓力,超聲波焊接的工藝條件,三、焊線設(shè)計 能量引導,超聲波焊接的工藝條件,超聲波焊接的工藝條件,焊件自準,超聲波焊接的工藝條件,特殊焊接設(shè)計,超聲波焊接的工藝條件,點焊 鉚焊,超聲波焊接的工藝條件,凸緣連接焊,超聲波焊接的工藝條件,內(nèi)容提要,基本概念,1,焊接原理

5、,2,工藝條件,3,當前應(yīng)用,4,總結(jié)展望,5,應(yīng)用領(lǐng)域：醫(yī)械、包裝、汽配、漁具等行業(yè) 產(chǎn)品：汽車、服裝、塑料玩具自封袋、塑料酒瓶蓋、洗碗機水輪、塑料假魚餌、充電器外殼和手機吊帶的焊接、一次打火機外殼。 材料范圍：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,超聲波焊接的應(yīng)用,汽車PC轉(zhuǎn)向燈和PMMA/ABS反射器燈具,超聲波焊接的應(yīng)用,汽車炮筒式儀表,超聲波焊接的應(yīng)用,聚合物微器件的超聲波焊接鍵合,超聲波焊接的應(yīng)用,燃氣表裝配工藝改進 單臺燃氣表成本合計下降2.36 元, 按年產(chǎn)20 萬臺燃氣表計算, 總零部件

6、成本下降472000 元,超聲波焊接的應(yīng)用,內(nèi)容提要,基本概念,1,焊接原理,2,工藝條件,3,實際應(yīng)用,4,前景展望,5,超聲波焊接的前景展望,(1) 研究焊接區(qū)域的狀態(tài)，包括熔融區(qū)結(jié)晶度、取向程度、化學組分等，深入研究超聲波焊接機理 (2) 完善焊接質(zhì)量的檢測手段，尤其是完善實時跟蹤監(jiān)測方法 (3) 模擬焊接過程焊接區(qū)域溫度、應(yīng)力變化規(guī)律，為實驗起指導作用 (4) 研究新的導能機構(gòu)和連接層材料，擴大焊接技術(shù)的應(yīng)用范圍 (5) 建立焊接設(shè)備、工藝參數(shù)、常用材料的對應(yīng)關(guān)系規(guī)律，減少實驗次數(shù)，降低成本。,參考文獻,【1】超聲波焊接原理及其工藝研究，王葉 【2】熱塑性塑料的超聲波焊接和振動焊接特性，陳健 【3】塑料薄膜超聲波焊接研究，成全 【4】超聲波塑料焊接機理，張宗波 【5】超聲波塑料焊接粘彈性熱的仿真計算，張振強 【6】塑料超聲波焊接質(zhì)量影響因素的研究進展，高陽 【7】塑料件超聲波焊接工藝及焊接設(shè)計，Herrmann 【8】塑料焊接加工幾種方法，陶永亮 【9】塑料超聲波