超聲波焊接技術詳解

超聲波焊接技術詳解

說起熱塑性塑料的可焊接力，不能不說到超聲波壓合對各種樹脂的要求。其最主要的因素包括聚合物結構、熔化溫度、柔韌性（硬度）、化學結構。

（1）聚合物結構

非結晶聚合物分子排列無序、有明顯的使材料逐步變軟、熔化及至流動的溫度（Tg玻璃化溫度）。這類樹脂通常能有效傳輸超音速振動并在相當廣泛的壓力/振幅范圍內實現良好的焊接；半結晶型聚合物分子排列有序，有明顯的熔點（Tm熔化溫度）和再度凝固點；固態的結晶型聚合物是富有彈性的，能吸收部分高頻機械振動。所以此類聚合物是不易于將超聲波振動能量傳至壓合面。需要很高的能量（高熔化熱度）才能把半結晶型的結構打斷從而使材料從結晶狀態變為粘流狀態，這也決定了這類材料熔點的明顯性，熔化的材料一旦離開熱源，溫度有所降低便會導致材料的迅速凝固。所以必須考慮這類材料的特殊性（例如：高振幅、接合點的良好設計、與超音夾具的有效接觸、及優良的工作設備）才能取得超聲波焊接的成功。

聚合物：將單體結合在一起的過程稱為“聚合”。聚合物基本可分為兩大類：熱塑性和熱固性。熱塑性材料加熱成型后還可以重新再次軟化和成型，所經歷的只是狀態的變化而已-這種特性決定了熱塑性材料超音波壓合的適應性。熱固性材料是通過不可逆反的化學反應生成的，再次加熱或加壓均不能使已成型的熱固性產品軟化，所以傳統上一直認為熱固性材料是不適合使用超音波的。 

（2）熔化溫度

聚合物的熔點越高，其焊接所需的超聲波能量越多。硬度（彈力系數） 材料的硬度對其是否能有效傳輸超音速振動是很有影響的。總的說來，愈硬的材料其傳導力愈強。

超聲波焊接機的工作原理: 超聲波焊接裝置是通過一個電晶體功能設備將當前50/60Hz的電頻轉變成20KHz或40KHz的電能高頻電能，供應給轉換器。轉換器將電能轉換成用于超聲波的機械振動能，調壓裝置負責傳輸轉變后的機械能至超聲波焊接機的焊頭。 焊頭是將機械振動能直接傳輸至需壓合產品的一種聲學裝置。振動通過焊接工作件傳給粘合面振動磨擦產生熱能使塑膠熔化， 振動會在熔融狀態物質到達其介面時停止，短暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時產生個強分子鍵， 整個周期通常是不到一秒種便完成，但是其焊接強度卻接近是一塊連著的材料。

超聲波將配件的一部分熔化再組成一個塑料的突起部位或塑料管或其它擠出配件。這種方式的優勢在于處理的快速、較小的內壓、良好的外觀及對材料本性的克服。