當超音波作用於熱塑性的塑膠接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由於焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由於塑膠導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑膠的接觸面迅速熔化，加上一定壓力後，使其融合成一體。當超音波停止作用後，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近於原材料強度。
基本介紹
- 中文名：超音波塑膠焊接機
- 特點：操作簡便、焊接速度快等
- 目的：焊接
- 焊接強度：接近於原材料強度
基本介紹,工作原理,焊接的方法,組成及作用,型號和規格,適用行業產品,問題與原因,架設受力,焊接質量,熔接條件,能量不足,材質配合不當,
基本介紹
工作原理
超音波塑膠焊接的好壞取決於換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互作用有個適宜值，能量超過適宜值時，塑膠的熔解量就大，焊接物易變形；若能量小，則不易焊牢，所加的壓力也不能太大。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。
焊接的方法
1、熔接法：超音波振動隨焊頭將超音波傳導至焊件，由於兩焊件處聲阻大，因此產生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達到美觀、快速、堅固的熔接效果。
2、埋插法：螺母或其它金屬欲插入塑膠工件。首先將超音波傳至金屬，經高速振動，使金屬物直接埋入成型塑膠內，同時將塑膠熔化，其固化後完成埋插。
3、鉚接法：欲將金屬和塑膠或兩塊性質不同的塑膠接合起來，可利用超音波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅固。
4、點焊法：利用小型焊頭將兩件大型塑膠製品分點焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓於兩件塑膠工件上，從而達到點焊的效果。
5、成型法：利用超音波將塑膠工件瞬間熔化成型，當塑膠凝固時可使金屬或其它材質的塑膠牢固。
6、切除法：利用焊頭及底座的特別設計方式，當塑膠工件剛射出時，直接壓於塑膠的枝幹上，通過超音波傳導達到切除的效果。
組成及作用
超音波塑膠焊接機由氣壓傳動系統、控制系統、超音波發生器、換能器及工具頭和機械裝置等組成。
1、氣動傳動系統
包括有：過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節流閥、氣缸等。
工作時首先由空壓機驅動衝程氣缸，以帶動超聲換能器振動系統上下移動，動力氣壓在中小功率的超音波焊接中氣壓根據焊接需要調定。
2、控制系統
控制系統由時間繼電器或積體電路時間定時器組成。主要功能是：一是控制氣壓傳動系統工作，使其焊接時在定時控制下打開氣路閥門，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當焊接完後保壓一段時間，然後控制系統將氣路閥門換向，使焊頭回升復位；二是控制超音波發生器工作時間，本系統使整個焊接過程實現自動化，操作時只啟動按鈕產生一個觸發脈衝，便能自動地完在本次焊接全過程。整個控制系統的順序是：電源啟動一觸發控制信號 氣壓傳動系統，氣缸加壓焊頭下降並壓住焊觸發超聲發生器工作，發射超聲並保持一定焊接時間 去除超聲發射 繼續保持一定壓力時間 退壓，焊頭回升 焊接結束。
3、超音波發生器
（1）功率較大的超音波塑膠焊接機，發生器信號採用鎖相式頻率自動跟蹤電路，使發生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。
（2）功率在500W以上的超音波塑膠焊接機所用發生器採用自激式功率振盪器，也具有一定的頻率跟能力。
4、超音波塑膠焊接機使用的聲學系統
（1）換能器
超音波塑膠焊接機用的聲學系統包括三個部分：1驅動部分2固定部分3工作部分。在以上三個組成部分中，驅動是核心，一般採用螺栓夾緊的縱向振動換能器，其中半波長縱向振子與四分之一的波長縱向振子，半波長縱向振與半波長聚能器相連線組成一個全波長塑膠焊接換能器，而四分之一波長縱向振子與四分之一波長聚能器相連，組成一個半波長換能器。
換能器
換能器（2）工具頭
對不同的焊接對象需要有不同工具頭，不管是近場焊接還是傳輸焊接，只有半波長的工具頭才能使焊接端面達到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑膠焊接機用聲學系統工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質合金，功率較大時也有用鈦合金材料製成的，該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。
型號和規格
超音波塑膠焊接機由於使用場合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一樣，其規格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機的幾十瓦到大型機的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz範圍內。
超音波塑膠焊接機樣品
超音波塑膠焊接機樣品適用行業產品
超音波塑膠焊接機普遍運用於汽車行業、電子行業、醫療行業、家電行業、無紡布服裝、辦公用品、包裝行業、玩具行業等。比如車身塑膠零件，汽車車門、汽車汽車儀表、車燈車鏡、遮陽板、內飾件、濾清器，反光材料、反光道釘、保險槓、拉索、機車用塑膠濾清器、散熱器、制動液罐、油杯、水箱、油箱、風管、尾氣淨化器、托盤濾板；塑膠電子：預付費水錶電錶，通訊設備，無繩電話，手機配件，手機殼，電池殼,充電器、閥控式密封維護鉛酸蓄電池 ，3寸軟碟，隨身碟，SD卡，CF卡，USB接外掛程式、藍牙；玩具文具：資料夾,相冊,折盒，PP中空板，筆套，墨盒，硒鼓,；醫用日用：手錶，廚具,口服液瓶蓋，點滴瓶蓋、手機飾件，金柔刷，日用品，衛生用品，兒童用品，空氣床墊，衣架，刀柄，園藝用品，櫥具潔具，花灑，金柔刷，淋浴頭，防偽瓶蓋，化妝品瓶蓋，咖啡壺，洗衣機、空氣除濕機，電熨斗、電水壺、吸塵器，音箱金屬面蓋及土木格柵等。
超音波塑焊機樣品1
超音波塑焊機樣品1問題與原因
架設受力
解析：在一般認為超音波作業時，產品與模具表面只要接觸準確就可以得到應該的熔接效果，其實這只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就會產生音波傳導的現象，我們如果單只觀察硬體（模治具）的穩合程度，而忽略了整合型態的超音波作業方式，必定會產生捨本逐末或誤判的後果，所以在此必須先強調超音波熔接的作業方式是傳導音波，使成振動摩擦轉為熱能而熔接。這時候超音波模治具的穩合程度、產品截面的高低、肉厚、深淺、材質和組織，必定無法是百分之百承受相同的壓力。另一方面上模（Horn）輸出的能量，每一點都有其誤差值，並非整個面發 出的能量都相同。就這整體而言，勢必產生產品熔接線熔接程度的差異。所以也就必須作修正，如何修正，那就是靠力勁超音波熔接機本身的水平螺絲，或是貼較薄的膠帶或鋁箔來克服了。
焊接質量
解析： 質量無法穩定最主要因素是輸出功率不能穩定，以導致無法形成穩定的摩擦熱能。而如何讓功率輸出穩定？此乃決定於 <1>機台輸出功率；〈2〉HORN 擴大比；〈3〉氣壓源；〈4〉電壓源等四項。 1、機台輸出功率 +HORN擴大比率=實際可用功率。由此可知在一定產品實施超音波熔接時，於規劃與設計的觀點而言，機台輸出功率愈強，相對 HORN的擴大比所設計的也愈小。 反之機台輸出功率愈小， HORN設計的擴大比也愈大。例如 ： 2200W的超音波熔接機，HORN的 擴大比是 2.5 倍。換成 3200W超音波熔接機時，HORN的擴大比可能只要1.5倍即可。然而並非強調超音波焊接機輸出的功率要大，而是要對一項塑膠產品實施超音波熔接時，給予最適合的環境作業，其間尚需考慮成本的預算，產品的功能需求，熔接標準等考慮再來規劃出完整的工作設備與超音波使用技巧。 2、在了解上述各種影響超音波熔接質量的關鍵性原因後，工程師在設計時，首當熟悉並評估1. 產品質量要求功能標準；2.現有超音波設備；3. 決定產品設計的形態、 技巧如超音波導熔線、產品定位、材質）。因為既然可用設備資源已經固定，那就必須用產品設計的技巧來配合現有可用的設備才是正確的。 4、在我們確定人為因素（1 ~ 2項）都無問題時，會發生質量不穩定現象，那肯定一個事實：即氣壓與電壓產生的影響。在我們多年來處理質量不 能穩定現象時，也同時發現，在工作時間內無法達到的質量標準，卻在大家都下班，停止電壓、 氣壓多數同時使用時，意外的達到質量要求標準。因此也發現多人或多單位使用共同的氣壓與電壓源時，由於空氣壓縮機通常我們會設定空氣儲存筒裡面的氣壓低於2 ~ 4kg的情況時再自動打氣充填這是一項形成的誤差原因。而氣壓源經過管路到達熔接機時，由於熔接速度快，第一次超音波熔接的氣壓與第二次或第三次存留於管路的氣壓亦形成誤差，如此將形成周期性或非周期性的質量異動。而電壓也由於電力公司輸出同時供數百萬人都有機會同時使用，此時產生的電壓降也不是我們所能控制，如此氣壓與電壓的變數，確確實實的造成能量輸出的變化，而影響精密質量的重要因素。當然必須列為診斷項目。
對策：欲需求較高之質量，如產品對需求 0.02m/m 以下，或熔接線熔合狀況需在90%以上，設計工程師依其規劃順序，則必須 1. 熟悉超音波熔接設備；2. 決定產品功能；3.熟悉超音波與塑膠熔接對應關係；4. 儘可能增添穩壓設備。
熔接條件
解析： 超音波作業的條件是指機台的輸出功率（段數）、壓力（動態壓 力與靜態壓力）熔接時間、硬化時間、延遲時間等諸元的設定。我們依超音波導熔線為例來說明。在我們實施超音波熔接時，如 果壓力太大，氣缸下降緩衝太快，易把超音波導熔線壓平，雖然看似產品已經密合，但因導熔線，已經受擠壓而下陷，失去了導熔效果，形成塑膠面與面的強迫熔接，而非三角形點的導引熔接，所以產生假象的熔接。
能量不足
解析：客戶在購買超音波熔接機時，通常較難預料未來產品發展的規格，所以會遇到較大產品對象超出超音波標準熔接的情形。此時在不增加成本的預算下，只得以現有設備來作業生產。碰到此種用小機台作大對象的情形，通常採取的方式有分好幾次熔接、增加 超音波輸出功率（增加段）或增加熔接時間、壓力等。然而這也產生了質量不穩定的現象，因為電壓與氣壓直接影響到超音波輸出功率的穩定性。也就是說上班或尖峰時間，使用超音波作業的產品質量，與大家都下班後的質量穩定是不相同的。然而大家都下了班再使用超音波，那就不是工作效率了。所以這時採取的對策就是氣壓源採取獨立方式；要求在 0.02m/m 以下之產品在超音波機台加裝穩壓設備；調整出力段數、增加功率，但一般狀況超音波作業時功率輸出最好能掌握在 2~4 段之間，如一定要在 5~6 段作業，則生產作業時間必須儘量縮短，以避免零件、振動子的損耗。增加能量擴大器（Horn上模）的擴大。但擴大程度如果超出4：1，將對Horn本身、音波、電流有極大的影響
材質配合不當
解析：每一種塑膠材質的熔點，各有不同，例如ABS塑膠材質的熔點約115℃，耐隆約175℃、PC之145℃以上、PE約85℃為例：ABS與PE二種材質的熔點差距太大，超音波熔接勢必困難。而ABS與PC二種材質，亦有差距，但已非前項差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量擴大相同的情況下，相異的塑膠材質，絕無法比相同材質的熔接效果好。
