超声波焊接工艺参数的设定

超声波焊接的工艺参数设定包括超声波焊接功率、超声波频率、超声波振幅、超声波焊接压力、超声波焊接时间等。

l.超声波的频率

超声波焊接的工作频率通常在15-40kHz,对低频反应较差的材料,如PvC、PE等可以使用高频进行焊接,这可以减少对材料的损坏。高频的超声波能量传递集中,对于一些精细的零部件可以使用高频的超声波进行焊接。超声波焊接时,由于负载的变化会造成超声波设备的失谐现象,使焊接强度下强。一般情况下,焊接机的工作频率确定后,需要保持声学系保持谐振。

下面的方程可以描述超声波的功率:P=µSnv=-2Aω/π=4usaf 式中P超声功率;F静压力;S焊点面积;v相对速度;A振幅;µ一摩擦因数;w为角频率;f为振动频率。

2.超声波振幅

在较大的工作频率和振幅下进行焊接,可以减少焊接时问,提高工作效率。对于不同的材料都存在一个最佳的焊接振幅如表l所示。超声波焊接20µm的振幅较小,通常建议使用40µm的振幅,因为过大的振幅常会使超声波电源疲劳损坏,所以超声波的振幅要求与超声波电源匹配一致。

3.超声波焊接时间

焊接时间指焊接过程中发出超声波能量的时间。焊接时间过短,能量不够,并不能造成可靠的焊接结。随着焊接时间的增加,能使焊件吸收更多的能量,焊接面的温度会提高,焊合面积也会增大,焊接熔深增加,这样焊接强度也会增加[22-24]。然而,过长的焊接时间,会导致焊接位置材料熔化过多并造成较多的溢料。这些熔料在焊合区域流动是有方向性的,所以过多的熔料流动会造成强度的下降。另外,过长的焊接时间会造成焊件温度过高,造成焊件烧化和降解,使焊件表面造成焊痕,造成过焊,使强度下降。焊接时间过长,能量过多会造成熔化层温度过高,被焊塑料变色、分解、脆化;而且焊接边缘应力集中,焊接表面出现压痕。所以为了得到较高的焊接强度,必须要选择合适的超声波焊接时间,过短和过长都会造成焊接强度的下降。

4.超声波焊接压力

超声波焊接压力是指焊接过程中,焊头施加到焊件上的静压力,通过静压力的施加向焊件传递超声波能量。在超声波焊接中,当焊接时间一定时,压力关系着焊接面形成适合的接触,对强度一个十分关键的因素。在一定压力范围内,随着压力的增加,焊接的强度会提高。焊接压力较低时,焊件接触不好,摩擦能不能有效的产生,超声波的能量利用率低。较低的压力会导致焊接部位熔料较少,无法形成有效焊接。但焊接压力过大时,会造成熔料流动过快,熔料从焊接部队流出,减少焊头形成所需的熔料凝固偏少,降低焊接强度。过大的历力会造成摩擦力过大,造成焊件之间的相对摩擦运动减弱,给焊接机造成过大的负载,焊接困难。焊接压力在尼龙66的超声波焊接过程中,对焊接强度的影响很大。稍低的焊接压力能使焊接产生较厚的热影响区,这会使更多的分子链、晶粒、纤维走向垂直于焊接界面,提高焊接强度,这些焊接接头在0.66MPa的焊接压力下,焊接强度能达到尼龙66的70%。焊接压力需要与焊接时间相配合,这样才能获得较佳的焊接度。

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