1           用途及特點(diǎn)

1.1     用途：

超聲波塑料焊接機(jī)用于可熔塑性塑料制品的焊接、鉚接、成型、金屬與塑料的鑲嵌。廣泛用于電子、電器、汽車零件、塑料玩具、文具用品、日用品、工藝品、化妝品等各個(gè)行業(yè)。

1.2     特點(diǎn)：

超聲波塑料焊接機(jī)采用電子程序控制，自動(dòng)化程度高，操作容易，內(nèi)置電子保護(hù)電路，使用安全，工作穩(wěn)定可靠。還具有功率大，效率高等特點(diǎn)。

超聲焊接具有焊接面牢固、氣密性和水密性好、強(qiáng)度高，美觀、環(huán)保的特點(diǎn)。

2        使用要求

2.1      電源電壓：220 V/10A1P  50 Hz±5% 

2.2      壓縮機(jī)排氣量：0.1m3/min 

2.3      環(huán)境溫度：0~40℃ 

2.4        相對(duì)濕度：35%~85%

2.5        大氣壓力：86~106Kpa

3        技術(shù)參數(shù)

4        工作原理

4.1     焊接原理：

在焊接時(shí)，換能器把20KHz/15KHz的大功率振動(dòng)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的機(jī)械能，施加于所需焊接的塑膠件的接觸界面，焊件接合處劇烈摩擦瞬間產(chǎn)生高熱量，從而使分子交替熔合，從而達(dá)到焊接效果。

只有分子結(jié)構(gòu)相同或相近的塑料才能進(jìn)行焊接。在焊接面上是分子間的化學(xué)結(jié)合，所以母體材料越相近，焊接效果越好（見圖1）。

表示熔接狀況最佳

表示熔接狀況尚可 

表示不宜熔接

丙烯晴雙烯苯乙烯ABS

ACRYLIC MULTIPOLYMER

縮西全樹脂ACETAL

壓克力ACRYLICS

纖維素CELLULOSICS

ABS/POLYCARBONATE

ABS/PVC

BDS

尼龍NYLON

聚碳酸脂POLYCARBONATE

聚酯樹脂聚乙烯POLYESTER-PET

聚丙烯POLYROPYLENE

聚苯乙烯POLYSTYRENE

聚氯乙烯PVC

苯乙烯丙烯晴SAN

STYRENE-M-A

圖1：熱塑性塑料焊接的相容性

   超聲波作用在焊件的接口上，即超聲線。相對(duì)二個(gè)焊接面只有形成異向振動(dòng)時(shí)才能焊接，同向振動(dòng)不能焊接（見圖2）。通過對(duì)焊件接口形狀的設(shè)計(jì)和對(duì)超聲波模具的設(shè)計(jì)，可以獲得必要的異向振動(dòng)條件（見圖3）。

圖2：焊件振動(dòng)條件

異向振動(dòng)                           同向振動(dòng)

圖3：焊接面形狀圖

    模具                   塑膠                   金屬

1、熔接        2、埋值       3、鉚接        4、點(diǎn)焊      5、成形

4.2  影響焊接質(zhì)量的因素：

4．2．1 在進(jìn)行焊接時(shí)，需要對(duì)焊件施加必要的壓力，同時(shí)嚴(yán)格控制

焊接時(shí)間和超聲功率。壓力、時(shí)間、功率是確保焊接質(zhì)量的三要素。

焊接壓力：對(duì)焊件施加壓力是為了給聲組件形成一個(gè)較為穩(wěn)定的焊接負(fù)載。由于對(duì)焊件施加靜壓力，焊件材料將由彈性向塑性過渡，這樣，材料的粘彈系數(shù)增加了，就能吸收更多的超聲能量。靜壓力還促進(jìn)了分子相互擴(kuò)散并擠去焊縫中的殘余空氣，從而達(dá)到水密和氣密。

延時(shí)時(shí)間：當(dāng)焊頭對(duì)焊件施加壓力達(dá)到某一預(yù)定值時(shí)，才觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，使超聲發(fā)生器一開始就處于負(fù)載相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。這有利于提高焊接質(zhì)量，對(duì)設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作也是很重要的。

焊接時(shí)間：由于焊機(jī)的輸出功率是一定的，焊件得到的能量與超聲作用時(shí)間成正比，所以選擇焊接時(shí)間是關(guān)鍵。焊接時(shí)間短了，出現(xiàn)虛焊，焊接時(shí)間長了，造成焊件變形，熔渣溢出，有時(shí)還會(huì)在非焊接部位出現(xiàn)熱斑（變色）。焊接時(shí)間以短為好，一般在1秒以內(nèi)，所以可以選擇功率大一點(diǎn)的焊機(jī)。焊接時(shí)間需經(jīng)過多次試驗(yàn)才能確定。

保壓時(shí)間：超聲停止后，焊件還要在壓力下保持一段時(shí)間，以便冷卻定型。

4．2．2  除了焊接設(shè)備外，來之于塑料內(nèi)部或外部的各種因素，對(duì)焊接質(zhì)量有一定的影響，應(yīng)當(dāng)引起重視。

    塑料的吸濕性：如果焊接潮濕的塑膠零件，水將在100℃時(shí)作為蒸汽跑出來在焊接面上出現(xiàn)氣泡。這樣一來，焊接面就失去了氣密性。吸濕較為嚴(yán)重的有尼龍，丙稀酸和聚砜。用這些材料做的零件，焊前必須采取干燥措施。并貯存在聚乙烯袋里。

塑料中的填充物如玻璃纖維、滑石、云母，它們改變了材料的物理特性。塑料中填充料的含有率對(duì)塑料的可焊性和焊接質(zhì)量有很大的關(guān)系。含有20%以內(nèi)的填充料的塑料能正常進(jìn)行焊接，不需要特殊的方法和設(shè)計(jì)。在這個(gè)范圍內(nèi)還可以改善某些塑料的可焊性。這時(shí)難以焊接的聚乙烯即使在遠(yuǎn)場(chǎng)也可以焊接了。當(dāng)填充物超過20%時(shí)，因塑料表面存在著顆粒，焊頭磨損就成了問題。這時(shí)，焊頭要選用熱處理過的鋼或鈦合金。填充物超過30%時(shí)，由于表面樹脂不足，要求氣密是不可能的。當(dāng)填充物超過40%時(shí)，在焊接面上因缺少樹脂而出現(xiàn)嚴(yán)重的溝道。

4．2．3 焊接面形狀：

在超聲塑料焊接中，焊件的焊接面形狀設(shè)計(jì)是十分重要的。好的焊接面形狀可以節(jié)省焊接能量，縮短焊接時(shí)間，提高焊接質(zhì)量。焊接面形狀的選取，取決于焊接材料，焊接類型以及質(zhì)量要求。

焊接面形狀一般在焊件模塑成型時(shí)做定，所以模具設(shè)計(jì)    師應(yīng)了解超聲焊接的基本原理和工藝要求。

5        結(jié)構(gòu)特征：

超聲波塑焊機(jī)由機(jī)械系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電器系統(tǒng)三部分組成。

5.1 機(jī)械系統(tǒng)：（見圖4）

機(jī)械系統(tǒng)由底座、立柱、機(jī)頭、滑動(dòng)體、聲組件、升降器六部分組成。機(jī)頭安裝在立柱上，可以沿立柱上下左右移動(dòng)。升降器作用是平衡機(jī)頭重量、調(diào)整機(jī)頭位置。機(jī)頭位置確定后，通過兩個(gè)鎖緊手柄固定在立柱上。

聲組件（見圖5）由換能器、增幅器、焊頭三部分組成，通過螺栓使三部分緊密連成一個(gè)整體。聲組件裝在滑動(dòng)體內(nèi)。

換能器作用是把大功率相應(yīng)頻率的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的機(jī)械能。是一種電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的元器件。

增幅器類比于電路中的變壓器，起機(jī)械阻抗變換和增大振幅作用。

焊頭是根據(jù)焊接要求和焊件形狀專業(yè)設(shè)計(jì)的，它還起著二組阻抗變換和增大振幅作用。從結(jié)構(gòu)和形狀看，焊頭并不復(fù)雜，然而卻需要最好的設(shè)計(jì)、最好的材料和加工技術(shù)。形狀復(fù)雜、尺寸較大的焊頭，設(shè)計(jì)難度很大，一般都由制造廠設(shè)計(jì)。

氣壓系統(tǒng)、電器系統(tǒng)均安裝在機(jī)頭上。

圖4

5．2 氣壓系統(tǒng)：（見圖6）

氣壓系統(tǒng)用壓縮空氣作動(dòng)力，通過電磁閥切換氣路，推動(dòng)氣缸活塞帶動(dòng)滑動(dòng)體（連同聲組件）作上下運(yùn)動(dòng)。用“壓力調(diào)節(jié)”按鈕控制氣壓大小，用單向閥控制升降速度。

5．3          電器系統(tǒng)：

5．3．1           定時(shí)電路：定時(shí)電路對(duì)焊接過程執(zhí)行時(shí)序控制。通過機(jī)頭面板上的按鈕、開關(guān)可設(shè)定延時(shí)時(shí)間、焊接時(shí)間、保壓時(shí)間。只要用手按下底座上的“啟動(dòng)”按鈕，焊機(jī)將自動(dòng)完成一次焊接過程。

5．3．2           超聲發(fā)生器：超聲發(fā)生器是向聲組件提供電功率。通過調(diào)整“頻率微調(diào)”按鈕使超聲發(fā)生器的頻率與聲組件的共振頻率一致，根據(jù)焊件的面積和材料調(diào)整功率輸出的大小。

6         安裝調(diào)試：

6.1  將機(jī)器放置于平整、牢固、高度合適的工作臺(tái)上。

6.2  準(zhǔn)備工作：

6．2．1        準(zhǔn)備好排氣量為0.1m3/min的壓縮空氣機(jī)和內(nèi)徑為Ø6的高壓進(jìn)氣管，然后將氣管接入機(jī)頭后側(cè)過濾器的進(jìn)氣嘴上，打開壓縮空氣機(jī)的排氣閥。

6．2．2        準(zhǔn)備好電壓為220V±10% 50Hz，電流大于10A接地良好的三孔插座，然后插上電源插頭，打開電源開關(guān)。

6．2．3        準(zhǔn)備好焊頭、底模、焊件、夾具、勾形扳手、內(nèi)六角扳手、螺栓等。 

6.3   安裝焊頭：

先將特制的焊頭螺孔周圍和增幅器下端面的灰塵擦拭干凈并涂上少許黃油，然后用3/8英制螺栓將它們連接起來，再用專用的勾形扳手將它緊固。

• Ø注意：連接前必須將螺栓上的雜物和兩螺絲孔內(nèi)的雜物清理干凈，然后再將螺栓垂直地?cái)Q上，不得歪斜，否則會(huì)導(dǎo)致增幅器或模具的內(nèi)螺紋滑牙而不能繼續(xù)使用。

最后松動(dòng)下夾緊板的鎖緊螺栓，左右轉(zhuǎn)動(dòng)焊頭至適宜位置，再將鎖緊螺栓擰緊。

• Ø注意：往一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)不得超過360°，否則把換能器的高壓輸出線擰斷。安裝好的聲組件必須位置正著，在外力的推動(dòng)、鈕轉(zhuǎn)下無松動(dòng)感覺。

6．4   調(diào)節(jié)焊頭的行程：

先關(guān)閉調(diào)壓閥，將焊件（連同底模）平放在底座上，拉下焊頭，使焊頭下端面與焊件上端面之間的高度為2-3mm。如達(dá)不到此距離，必須擰松兩個(gè)鎖緊手柄，搖動(dòng)升降手柄使焊頭下降至適宜位置，然后擰緊鎖緊手柄。

• Ø注意：抬起焊頭至最高點(diǎn)，焊頭下端面與焊件上端面的距離應(yīng)小于75mm。即焊頭的行程不能大于或等于汽缸的行程（75mm）。否則，將導(dǎo)致不能焊接，或焊接不牢。

6．5    調(diào)節(jié)焊頭與焊件的準(zhǔn)確對(duì)位：

用左手抬起焊頭，右手把焊件（連同底模）放在焊頭下面，前后左右移動(dòng)焊件（連同底模），使它與焊頭完全對(duì)好位，然后借助壓板將底模牢固地固定在底座上。

6．6   調(diào)節(jié)焊頭上升下降的速度：

焊頭上升下降速度應(yīng)適中，太快將沖擊焊件，太慢又影響工作效率。若要改變上升下降的速度，可調(diào)節(jié)機(jī)身后面左側(cè)進(jìn)氣口處的單向節(jié)流閥。

6．7  調(diào)整焊頭與焊件的接觸狀態(tài)：

焊頭與焊件的接觸面必須平整無間隙。焊件所承受的壓力應(yīng)均勻一致。當(dāng)焊頭

的模型尺寸較大時(shí)，很難滿足，為此可采取如下措施：

在底模下面墊軟木，硬橡膠皮等富有彈性的平板。

將白紙和印色紙迭在一起放在焊件下面，通過試壓觀察紙上的染色位置及染色深淺，來判斷受壓狀態(tài)。然后在底模下面墊上錫紙來改善接觸狀態(tài)，直到滿意為止。

6．8  調(diào)節(jié)工作壓力：

根據(jù)焊接面積和焊接材料的不同，焊件所能承受壓力情況選取焊接的工作壓力。

需要在焊件表面形成異相振條件時(shí)，埋焊過程中為了防止冷擠壓時(shí)，焊接壓力不宜過高。

工作壓力范圍一般在0.05-0.4Mpa之間為宜。調(diào)節(jié)面板上的“壓力調(diào)節(jié)”旋鈕即可改變工作壓力的大小。

6．9  試聲、調(diào)節(jié)頻率：

間斷地按下“超聲測(cè)試”按鈕，緩慢旋轉(zhuǎn)“頻率微調(diào)”旋鈕（左右旋轉(zhuǎn)）使超聲發(fā)生器的振蕩頻率與聲組件的共振頻率一致，此時(shí)，空載電流應(yīng)為最小，一般應(yīng)小于15%。若不一致，則空載電流大于15%。

若聲組件的共振頻率發(fā)生變化，則指示位置也發(fā)生變化。所以每次更換模具時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整“頻率微調(diào)”按鈕使超聲發(fā)生器的振蕩頻率與焊頭及換能器的共振頻率一致。否則，空載電流過大。

• Ø注意：空載電流過大，容易損壞換能器。

6.10  調(diào)功率：                                                           

根據(jù)焊件面積和焊件材料的不同，調(diào)節(jié)“功率調(diào)節(jié)”旋鈕檔位。檔位越高，輸出振幅越大，檔位越低，輸出振幅越小。

6．11   調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間： 

本機(jī)采用延時(shí)觸發(fā)超聲。即從按“啟動(dòng)”按鈕到發(fā)生器產(chǎn)生超聲這段時(shí)間。

調(diào)節(jié)范圍為0-9，相當(dāng)于0.1-8秒。一般調(diào)到1-4為宜。在出廠前已由制造廠調(diào)好。若本機(jī)用于埋焊，可將“延時(shí)時(shí)間”調(diào)至最小。

6.12  調(diào)節(jié)焊接時(shí)間：

焊接時(shí)間就時(shí)超聲發(fā)生器發(fā)出振動(dòng)時(shí)間。其調(diào)節(jié)范圍為00-99，相當(dāng)于0.1-5秒。開始設(shè)置一個(gè)焊接時(shí)間，根據(jù)多次試焊，修改焊接時(shí)間，直到焊接質(zhì)量滿意為止。

6.13   調(diào)節(jié)保壓時(shí)間：

保壓時(shí)間即超聲停止后，焊件還要在壓力下保持一段時(shí)間，以便冷卻定型。其調(diào)節(jié)范圍為0-9，相當(dāng)于0.1-5秒。

7．焊接：

所有參數(shù)設(shè)定好后，按下“啟動(dòng)”按鈕，然后松開，焊機(jī)將自動(dòng)完成一次焊接動(dòng)作。

• Ø注意：焊頭下降時(shí)，人體頭部、手部切勿伸入焊頭下，以免發(fā)生意外，如有緊急情況，可按下“急停”按鈕，停止焊接動(dòng)作。