超音波塑胶焊接机的组成及其作用

超音波塑胶焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。

1、气动传动系统

包括有:过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。

工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。

2、控制系统

控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是:一是控制气压传动系统工作，使其焊接时在定时控制下打开气路阀门，气缸加压使焊头下降，以一定压力压住被焊物件，当焊接完后保压一段时间，然后控制系统将气路阀门换向，使焊头回升复位;二是控制超声波发生器工作时间，本系统使整个焊接过程实现自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是:电源启动一触发控制信号 气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间 去除超声发射 继续保持一定压力时间 退压，焊头回升 焊接结束。

3、超声波发生器

(1)功率较大的超音波塑胶焊接机，发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。

(2)功率在500W以上的超音波塑胶焊接机所用发生器采用自激式功率振荡器，也具有一定的频率跟能力。

4、超音波塑胶焊接机使用的声学系统

(1)换能器

超音波塑胶焊接机用的声学系统包括三个部分:1驱动部分2固定部分3工作部分。在以上三个组成部分 中，驱动是核心，一般采用螺栓夹紧的纵向振动换能器，其中半波长纵向振子与四分之一的波长纵向振子，半波长纵向振与半波长聚能器相连接组成一个全波长塑料焊接换能器，而四分之一波长纵向振子与四分之一波长聚能器相连，组成一个半波长换能器。

(2)工具头

对不同的焊接对象需要有不同工具头，不管是近场焊接还是传输焊接，只有半波长的工具头才能使焊接端面达到最大的振幅。工具头，有带振幅放大的和不带振幅放大的两种，塑料焊接机用声学系统工具头，所用材料通常为铝合金，其端面镀硬质合金，功率较大时也有用钛合金材料制成的，该材料疲劳强度比铝合金高一倍多。

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。

超音波塑胶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。

超音波塑胶焊接机在焊接塑料制品时，既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。

超音波塑胶焊接机由于使用场合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一样，其规格也是各式各样的。其输 出功率从手工焊接机的几十瓦到大型机的几千瓦频率一般在15KHz到40KHz范围内。

超声波塑料焊接机普遍运用于汽车行业、电子行业、医疗行业、家电行业、无纺布服装、办公用品、包装行业、玩具行业等。比如车身塑料零件，汽车车门、汽车汽车仪表、车灯车镜、遮阳板、内饰件、滤清 器，反光材料、反光道钉、保险杠、拉索、摩托车用塑料滤清器、散热器、制动液罐、油杯、水箱、油箱、风管、尾气净化器、托盘滤板;塑胶电子:预付费水表电表，通讯设备，无绳电话，手机配件，手机壳，电池壳,充电器、阀控式密封维护铅酸蓄电池 ，3寸软盘，U盘，SD卡，CF卡，USB接插件、蓝牙;玩具文具:文件夹,相册,折盒，PP中空板，笔套，墨盒，硒鼓,;医用日用:手表，厨具,口服液瓶盖，点滴瓶盖、手机饰件，金柔刷，日用品，卫生用品，儿童用品，空气床垫，衣架，刀柄，园艺用品，橱具洁具，花洒，金柔刷，淋浴头，防伪瓶盖，化妆品瓶盖，咖啡壶，洗衣机、空气除湿机，电熨斗、电水壶、吸尘器，音箱金属面盖及土木格栅等。

解析: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熔接效果，其实这只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就会产生音波传导的现象，我们如果单只观察硬件(模治具)的稳合程度，而忽略了整合型态的超音波作业方式，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熔接的作业方式是传导音波，使成振动摩擦转为热能而熔接。这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质和组织，必定无法是百分之百承受相同的压力。另一方面上模(Horn)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，势必产生产品熔接线熔接程度的差异。所以也就必须作修正，如何修正，那就是靠力劲超音波熔接机本身的水平螺丝，或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。

解析: 质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定，以导致无法形成稳定的摩擦热能。而如何让功率输出稳定?此乃决定于 <1>机台输出功率;〈2〉HORN 扩大比;〈3〉气压源;〈4〉电压源等四项。 1、机台输出功率 +HORN扩大比率=实际可用功率。由此可知在一定产品实施超音波熔接时，于规划与设计的观点而言，机台输出功率愈强，相对 HORN的扩大比所设计的也愈小。 反之机台输出功率愈小， HORN设计的扩大比也愈大。例如 : 2200W的超音波熔接机，HORN的 扩大比是 2.5 倍。换成 3200W超音波熔接机时，HORN的扩大比可能只要1.5倍即可。然而并非强调超声波焊接机输出的功率要大，而是要对一项塑料产品实施超音波熔接时，给予最适合的环境作业，其间尚需考虑成本的预算，产品的功能需求，熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧。 2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后，工程师在设计时，首当熟悉并评估1. 产品质量要求功能标准;2.现有超音波设备;3. 决定产品设计的形态、 技巧如超音波导熔线、产品定位、材质)。因为既然可用设备资源已经固定，那就必须用产品设计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的。 4、在我们确定人为因素(1 ~ 2项)都无问题时，会发生质量不稳定现象，那肯定一个事实:即气压与电压产生的影响。在我们多年来处理质量不 能稳定现象时，也同时发现，在工作时间内无法达到的质量标准，却在大家都下班，停止电压、 气压多数同时使用时，意外的达到质量要求标准。因此也发现多人或多单位使用共同的气压与电压源时，由于空气压缩机通常我们会设定空气储存筒里面的气压低于2 ~ 4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因。而气压源经过管路到达熔接机时，由于熔接速度快，第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差，如此将形成周期性或非周期性的质量异动。而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用，此时产生的电压降也不是我们所能控制，如此气压与电压的变量，确确实实的造成能量输出的变化，而影响精密质量的重要因素。当然必须列为诊断项目。

对策:欲需求较高之质量，如产品对需求 0.02m/m 以下，或熔接线熔合状况需在90%以上，设计工程师依其规划顺序，则必须 1. 熟悉超音波熔接设备;2. 决定产品功能;3.熟悉超音波与塑料熔接对应关系;4. 尽可能增添稳压设备。

解析: 超音波作业的条件是指机台的输出功率(段数)、压力(动态压 力与静态压力)熔接时间、硬化时间、延迟时间等诸元的设定。我们依超音波导熔线为例来说明。在我们实施超音波熔接时，如 果压力太大，气缸下降缓冲太快，易把超音波导熔线压平，虽然看似产品已经密合，但因导熔线，已经受挤压而下陷，失去了导熔效果，形成塑料面与面的强迫熔接，而非三角形点的导引熔接，所以产生假象的熔接。

解析:客户在购买超音波熔接机时，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音波标准熔接的情形。此时在不增加成本的预算下，只得以现有设备来作业生产。碰到此种用小机台作大对象的情形，通常采取的方式有分好几次熔接、增加 超音波输出功率(增加段)或增加熔接时间、压力等。然而这也产生了质量不稳定的现象，因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性。也就是说上班或尖峰时间，使用超音波作业的产品质量，与大家都下班后的质量稳定是不相同的。然而大家都下了班再使用超音波，那就不是工作效率了。所以这时采取的对策就是气压源采取独立方式;要求在 0.02m/m 以下之产品在超音波机台加装稳压设备;调整出力段数、增加功率，但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在 2~4 段之间，如一定要在 5~6 段作业，则生产作业时间必须尽量缩短，以避免零件、振动子的损耗。增加能量扩大器(Horn上模)的扩大。但扩大程度如果超出4:1，将对Horn本身、音波、电流有极大的影响

解析: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，超音波熔接势必困难。而ABS与PC二种材质，亦有差距，但已非前项差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，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熔接效果好。

双头超音波塑胶焊接机XY-3200W（订做型），超音波塑料焊接机：

超音波焊接，整机配置：

1．日本原装压电陶瓷换能器，功率输出强劲、稳定。

2．特制钢变幅杆，坚固耐用。

3．采用焊头水平可调式结构，调模方便快捷。

4．全套优质进口电子元器件组装，品质保证。

5．气动元件采用台湾进口配件（亚德客）