超聲波技術(shù)原理及故障解決方案

塑料產(chǎn)品材質(zhì)配合不當(dāng)

每一種塑料材質(zhì)的熔點(diǎn)，各有不同.

例如ＡＢＳ塑料材質(zhì)的熔點(diǎn)約115℃，耐隆約175℃、ＰＣ之145℃以上、ＰＥ約85℃為例：ＡＢＳ與ＰＥ二種材質(zhì)的熔點(diǎn)差距太大，超音波熔接勢(shì)必困難。而ＡＢＳ與ＰＣ二種材質(zhì)，亦有差距，但已非前項(xiàng)差距如此之大，是以尚可熔接，但在超音波功率相同，能量擴(kuò)大相同的情況下，相異的塑料材質(zhì)，絕無法比相同材質(zhì)的熔接效果好。

超音波熔接條件配合不當(dāng)怎么辦?
      超音波作業(yè)的條件是指機(jī)臺(tái)的輸出功率（段數(shù)）、壓力（動(dòng)態(tài)壓 力與靜態(tài)壓力）熔接時(shí)間、硬化時(shí)間、延遲時(shí)間等諸元的設(shè)定。
我們依超音波導(dǎo)熔線為例來說明。在我們實(shí)施超音波熔接時(shí)，如果壓力太大，氣缸下降緩沖太快，易把超音波導(dǎo)熔線壓平，雖然 看似產(chǎn)品已經(jīng)密合，但因?qū)劬€，已經(jīng)受擠壓而下陷，失去了導(dǎo) 熔效果，形成塑料面與面的強(qiáng)迫熔接，而非三角形點(diǎn)的導(dǎo)引熔接，所以產(chǎn)生假象的熔接。

超音波模治具架設(shè)不準(zhǔn)確、受力不平均怎么辦？
在一般認(rèn)為超音波作業(yè)時(shí)，產(chǎn)品與模具表面只要接觸準(zhǔn)確就可以得到應(yīng)該的熔接效果，其實(shí)這只是表面的看法，超音波既然是摩擦振，就會(huì)產(chǎn)生音波傳導(dǎo)的現(xiàn)象.
我們?nèi)绻麊沃挥^察硬件（模治具）的穩(wěn)合程度，而忽略了整合型態(tài)的超音波作業(yè)方式，必定會(huì)產(chǎn)生舍本逐末或誤判的后果，所以在此必須先強(qiáng)調(diào)超音波熔接的作業(yè)方式是傳導(dǎo)音波，使成振動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)為熱能而熔接. 這時(shí)候超音波模治具的穩(wěn)合程度、產(chǎn)品截面的高低、肉厚、深淺、材質(zhì)的組織，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(diǎn)都有其誤差值，并非整個(gè)面發(fā) 出的能量都相同。就這整體而言，勢(shì)必產(chǎn)生產(chǎn)品熔接線熔接程度 的差異。所以也就必須作修正，如何修正，那就是靠超音波熔接 機(jī)本身的水平螺絲，或是貼較薄的膠帶或鋁箔來克服了。

超音波機(jī)臺(tái)輸出能量不足該怎么處理?
客戶在購(gòu)買超音波熔接機(jī)時(shí)，通常較難預(yù)料未來產(chǎn)品發(fā)展的規(guī)格，所以會(huì)遇到較大產(chǎn)品對(duì)象超出超音波標(biāo)準(zhǔn)熔接的情形。此時(shí)在不增加成本的預(yù)算下，只得以現(xiàn)有設(shè)備來作業(yè)生產(chǎn)。
碰到此種用小機(jī)臺(tái)作大對(duì)象的情形，通常采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(shí)間、壓力等。然而這也產(chǎn)生了質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，因?yàn)殡妷号c氣壓直接影響到超音波輸出功率的穩(wěn)定性。
也就是說上班或尖峰時(shí)間，使用超音波作業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，與大家都下班后的質(zhì)量穩(wěn)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(shí)采取的對(duì)策就是氣壓源采取獨(dú)立方式；要求在0.02m/m 以下之產(chǎn)品在超音波機(jī)臺(tái)加裝穩(wěn)壓設(shè)備；調(diào)整出力段數(shù)、增加功率，但一般狀況超音波作業(yè)時(shí)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(yè)，則生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間必須盡量縮短，以避免零件、振動(dòng)子的損耗。增加能量擴(kuò)大器（Horn上模）的擴(kuò)大。但擴(kuò)大程 度如果超出４：１，將對(duì)Horn本身、音波、電流有極大的影響.

焊接產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,怎么解決?
最好的辦法,選擇大單位的超聲波焊接設(shè)備,例如,我們晨榮超聲波產(chǎn)品就很好的.
質(zhì)量無法穩(wěn)定最主要因素是輸出功率不能穩(wěn)定，以導(dǎo)致無法形成穩(wěn)定的摩擦熱能。而如何讓功率輸出穩(wěn)定？此乃決定于

<1>機(jī)臺(tái)輸出功率；
<2>HORN 擴(kuò)大比；
<3>氣壓源；
<4>電壓源等 四項(xiàng)。
1、機(jī)臺(tái)輸出功率 ＋HORN擴(kuò)大比率＝實(shí)際可用功率。由此可知在一定產(chǎn)品實(shí)施超音波熔接時(shí)，于規(guī)劃與設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)而言， 機(jī)臺(tái)輸出功率愈強(qiáng)，相對(duì) HORN的擴(kuò)大比所設(shè)計(jì)的也愈小。
反之機(jī)臺(tái)輸出功率愈小， HORN設(shè)計(jì)的擴(kuò)大比也愈大。例如 ： 2200W的超音波熔接機(jī)，HORN的 擴(kuò)大比是 2.5 倍。換成 3200W超音波熔接機(jī)時(shí)，HORN的擴(kuò)大比可能只要1.5倍即可。然而并非強(qiáng)調(diào)超音波熔接機(jī)輸出的功率要大，而是要對(duì)一項(xiàng)塑料產(chǎn)品實(shí)施超音波熔接時(shí)，給予最適合 的環(huán)境作業(yè)，其間尚需考慮成本的預(yù)算，產(chǎn)品的功能需求，熔接標(biāo)準(zhǔn)等考慮再來規(guī)劃出完整的工作設(shè)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(zhì)量的關(guān)鍵性原因后，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，首當(dāng)熟悉并評(píng)估1. 產(chǎn)品質(zhì)量要求功能標(biāo)準(zhǔn)；2.現(xiàn)有超音波設(shè)備；
3. 決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形態(tài)、 技巧如超音波導(dǎo)熔線、產(chǎn)品定位、材質(zhì)）。因?yàn)榧热豢捎迷O(shè)備資源已經(jīng)固定，那就必須用產(chǎn)品設(shè) 計(jì)的技巧來配合現(xiàn)有可用的設(shè)備才是正確的。
4、在我們確定人為因素（1 ~ 2項(xiàng)）都無問題時(shí)， 會(huì)發(fā)生質(zhì)量不穩(wěn)定現(xiàn)象，那肯定一個(gè)事實(shí)：即氣壓與電壓產(chǎn)生的影響。在我們多年來處理質(zhì)量不 能穩(wěn)定現(xiàn)象時(shí)，也同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在工作時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，卻在大家都下班，停止電壓、氣壓多數(shù)同時(shí)使用時(shí)，意外的達(dá)到質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。因此也 發(fā)現(xiàn)多人或多單位使用共同的氣壓與電壓源時(shí)，由于空氣壓縮機(jī)通常我們會(huì)設(shè)定空氣儲(chǔ)存筒里面的氣壓低于2 ~ 4kg的情況時(shí)再自動(dòng)打氣充填這是一項(xiàng)形成的誤差原因。而氣壓源經(jīng)過管路到達(dá)熔接機(jī)時(shí)，由于熔接速度快，第一次超音波熔接的氣壓與第二次或第三次存留于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(zhì)量異動(dòng)。而電壓也由于電力公司輸出同時(shí)供數(shù)百萬人都有機(jī)會(huì)同時(shí)使用，此時(shí)產(chǎn)生的電壓 降也不是我們所能控制，如此氣壓與電壓的變量，確確實(shí)實(shí)的造成能量輸出的變化，而影響精密質(zhì)量的重要因素。當(dāng)然必須列為診斷項(xiàng)目。

解決對(duì)策：
欲需求較高之質(zhì)量，如產(chǎn)品對(duì)需求 0.02m/m 以下，或熔接線熔合狀況需在90%以上，設(shè)計(jì)工程師依其規(guī)劃順序，則必須
1. 熟悉超音波熔接設(shè)備；
2. 決定產(chǎn)品功能；
3.熟悉超音波與塑料熔接對(duì)應(yīng)關(guān)系；
4. 盡可能增添穩(wěn)壓設(shè)備。

超音波熔接后，移位了怎么辦？
1.降低熔接壓力。
2.底模加高，使其超過熔接線 2m/m 以上。
3.使用超音波傳導(dǎo)熔接。
4.上模（HRON）壓到產(chǎn)品才發(fā)振。
5.修改塑料產(chǎn)品，增強(qiáng)定位。

超音波熔接后，產(chǎn)生傷痕(斷、震裂、燙傷)怎么辦？
1.降低壓力。
2.減少延遲時(shí)間（提早發(fā)振)。
3.減少熔接時(shí)間。
4.引用介質(zhì)覆蓋（如ＰＥ袋）。
5.模治具表面處理（硬化或鍍鉻）。
6.機(jī)臺(tái)段數(shù)降低或減少上模擴(kuò)大比。
7.易震裂或斷之產(chǎn)品，治具宜制成緩沖，如軟性樹脂或覆蓋軟木塞等（此項(xiàng)指不影響熔接強(qiáng)度）。
8.易斷裂產(chǎn)品于直角處加Ｒ角。

超音波熔接后，發(fā)現(xiàn)變形扭曲怎么辦？
1.降低壓力（壓力最好在2kg 以下）。
2.減少超音波熔接時(shí)間（降低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）。
3.增加硬化時(shí)間（至少0.8 秒以上）。
4.分析超音波上下模是否可局部調(diào)整（非必要時(shí)）。
5.分析產(chǎn)品變形主因，予以改善。

超音波熔接后，內(nèi)部零件破壞怎么辦？
1.提早超音波發(fā)振時(shí)間（避免接觸發(fā)振）。
2.降低壓力、減少超音波熔接時(shí)間（降低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）。
3.減少機(jī)臺(tái)功率段數(shù)或小功率機(jī)臺(tái)。
4.降低超音波模具擴(kuò)大比。
5.底模受力處墊緩沖橡膠。
6.底模與制品避免懸空或間隙。
7.HORN（上模）掏孔后重測(cè)頻率。
8.上模掏孔后貼上富彈性材料（如硅利康）。

超音波熔接后，產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)毛邊或溢料怎么辦？
1.降低壓力、減少超音波熔接時(shí)間（降低強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)）。
2.減少機(jī)臺(tái)功率段數(shù)或小功率機(jī)臺(tái)。
3.降低超音波模具擴(kuò)大比。
4.使用超音波機(jī)臺(tái)微調(diào)定位固定。
5.修改超音波導(dǎo)熔線。

一、 超聲波塑料焊接機(jī)的工作原理。
當(dāng)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時(shí)間等三個(gè)因素，焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個(gè)量相互作用有個(gè)適宜值，能量超過適宜值時(shí)，塑料的熔解量就大，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(gè)最佳壓力是焊接部分的邊長(zhǎng)與邊緣每1mm的最佳壓力之積。

二、 超聲波塑料焊接的方法
1、 熔接法 超聲波振動(dòng)隨焊頭將超聲波傳導(dǎo)至焊件，由于兩焊件處聲阻大，因此產(chǎn)生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達(dá)到美觀、快速、堅(jiān)固的熔接效果。
2、 埋插法 螺母或其它金屬欲插入塑料工件。首先將超聲波傳至金屬，經(jīng)高速振動(dòng)，使金屬物直接埋入成型塑膠內(nèi)，同時(shí)將塑膠熔化，其固化后完成埋插。
3、 鉚接法 欲將金屬和塑料或兩塊性質(zhì)不同的塑料接合起來，可利用超聲波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅(jiān)固。
4、 點(diǎn)焊法 利用小型焊頭將兩件大型塑料制品分點(diǎn)焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上，從而達(dá)到點(diǎn)焊的效果。
5、 成型法 利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型，當(dāng)塑料凝固時(shí)可使金屬或其它材質(zhì)的塑料牢固。
6、 切除法 利用焊頭及底座的特別設(shè)計(jì)方式，當(dāng)塑料工件剛射出時(shí)，直接壓于塑料的枝干上，通過超聲波傳導(dǎo)達(dá)到切除的效果。

三、 起聲波塑料焊接機(jī)的組成及其作用
超聲波塑料焊接機(jī)由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。
1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)
包括有：過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。
工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。
2、控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。
主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)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(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統(tǒng)將氣路閥門換向，使焊頭回升復(fù)位；二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過程。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號(hào) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間 去除超聲發(fā)射 繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間 退壓，焊頭回升 焊接結(jié)束。
3、超聲波發(fā)生器
1） 功率較大的超聲波塑料焊接機(jī)，發(fā)生器信號(hào)采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)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以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。
4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)
1） 換能器
超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。在以上三個(gè)組成部分中，驅(qū)動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(zhǎng)縱向振子與四分之一的波長(zhǎng)縱向振子，半波長(zhǎng)縱向振與半波長(zhǎng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(zhǎng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(zhǎng)縱向振子與四分之一波長(zhǎng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(zhǎng)換能器。
2） 工具頭
對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)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，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多。
四、 超聲波塑料焊接機(jī)的型號(hào)和規(guī)格
超聲波塑料焊接機(jī)由于使用場(chǎng)合及焊接材料不同，焊接尺寸大小不一樣，其規(guī)格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機(jī)的幾十瓦到大型機(jī)的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內(nèi)?！?/FONT>