超声波焊接的原理及应用

.,1,高分子材料超声波焊接技术,分1黄浩,.,2,内容提要,基本概念,1,焊接原理,2,工艺条件,3,当前应用,4,总结展望,5,.,3,超声波焊接的基本概念,超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。,.,4,国外在1960年开始应用超声波焊接技术优点：焊接时间短、焊接强度高、表面无损坏、非焊接区域不发热，易实现自动化等优点,已被广泛用于同种材料或不同材料之间的连接。溶剂粘敷:连接物表面需要处理,不但费时,还易造成外观粗糙。热融接法:焊接质量极差,工件外观易变形,尤其是当产品要求密封性好时,废品率极高。,超声波焊接的基本概念,.,5,过程：在超声波振动能的作用下,焊接线首先开始熔化,熔体在压力作用下向被焊产品上下表面铺展,当停止超声后,温度降下来熔融塑料凝固从而使被焊产品连接在一起。,超声波焊接的基本概念,.,6,内容提要,基本概念,1,焊接机理,2,工艺条件,3,当前应用,4,总结展望,5,.,7,超声波焊接的机理,早期的理论：当塑料工件表面产生超声波振动时,接触表面因摩擦而温度升高实现焊接,非焊接面没有摩擦,温度也不会升高。Frankel等人将之等效为从接触界面到材料内部的一维热传导问题。试验发现在材料的玻璃点转变温度Tg附近有温升率增大的现象,而给出的模型并不能与之很好的吻合。,.,8,Menges等人认为热主要来自材料内部的摩擦而非界面摩擦Tolunary等人通过实验发现试件内部质点的热主要来自材料的粘性耗散Benatar等人利用DMA方法（动态力学测试）测试了低频下材料的动态模量,基于“时温等效性原理”平移并外推得到了高频(20kHz)下材料的动态模量。,超声波焊接的机理,.,9,超声波焊接的机理,提出了摩擦生热是启动热源，粘弹热是主要热源的产热机理。,.,10,静态松弛模量，Maxwell模型，10阶Prony级数,超声波焊接的机理,.,11,动态粘弹性时温等效原理DMA温度谱,超声波焊接的机理,.,12,应变能与周期温升,超声波焊接的机理,.,13,初始温度的影响,超声波焊接的机理,.,14,初始产热源,超声波焊接的机理,.,15,产热机理,超声波焊接的机理,.,16,内容提要,基本概念,1,焊接机理,2,工艺条件,3,当前应用,4,总结展望,5,.,17,超声波焊接的工艺参数,一、材料选择热塑性vs热固性非结晶vs结晶（熔化温度、能量补充、传递）能量传递特性（近场与远场）吸湿性（PC、PA）PC，PS，SAN，ABS，PMMA,.,18,二、设备参数振幅焊接时间,超声波焊接的工艺条件,.,19,制品厚度焊接压力,超声波焊接的工艺条件,.,20,三、焊线设计能量引导,超声波焊接的工艺条件,.,21,超声波焊接的工艺条件,.,22,焊件自准,超声波焊接的工艺条件,.,23,特殊焊接设计,超声波焊接的工艺条件,.,24,点焊铆焊,超声波焊接的工艺条件,.,25,凸缘连接焊,超声波焊接的工艺条件,.,26,内容提要,基本概念,1,焊接原理,2,工艺条件,3,当前应用,4,总结展望,5,.,27,应用领域：医械、包装、汽配、渔具等行业产品：汽车、服装、塑料玩具自封袋、塑料酒瓶盖、洗碗机水轮、塑料假鱼饵、充电器外壳和手机吊带的焊接、一次打火机外壳。材料范围：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,超声波焊接的应用,.,28,汽车PC转向灯和PMMA/ABS反射器灯具,超声波焊接的应用,.,29,汽车炮筒式仪表,超声波焊接的应用,.,30,聚合物微器件的超声波焊接键合,超声波焊接的应用,.,31,燃气表装配工艺改进单台燃气表成本合计下降2.36元,按年产20万台燃气表计算,总零部件成本下降472000元,超声波焊接的应用,.,32,内容提要,基本概念,1,焊接原理,2,工艺条件,3,实际应用,4,前景展望,5,.,33,超声波焊接的前景展望,(1)研究焊接区域的状态，包括熔融区结晶度、取向程度、化学组分等，深入研究超声波焊接机理(2)完善焊接质量的检测手段，尤其是完善实时跟踪监测方法(3)模拟焊接过程焊接区域温度、应力变化规律，为实验起指导作用(4)研究新的导能机构和连接层材料，扩大焊接技术的应用范围(5)建立焊接设备、工艺参数、常用材料的对应关系规律，减少实验次数，降低成本。,.,34,参考文献,【1】超声波焊接原理及其工艺研究，王叶【2】热塑性塑料的超声波焊接和振动焊接特性，陈健【3】塑料薄膜超声波焊接研究，成全【4】超声波塑料焊接机理，张宗波【5】超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算，张振强【6】塑料超声波焊接质量影响因素的研究进展，高阳【7】塑料件超声波焊接工艺及焊接设计，Herrmann【8】塑料焊接加工几种方法，陶永亮【9】塑