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塑料超聲波焊接能量轉(zhuǎn)換機(jī)理

2021-04-27 09:33
超聲波的定義：
超聲波是指高于人類聽覺所能接受頻率范圍的聲波，人類聽覺能力在20Hz～20KHz之間；因此一般來說，凡是頻率高于20KHz以上的聲波就稱為超聲波。但在工業(yè)應(yīng)用中，為了適應(yīng)特殊的工藝需求，聲波頻率有低于10KHz的（如超聲波烘干機(jī)）、15KHz的（如塑膠超聲波焊接機(jī)），這些習(xí)慣上也稱為超聲波。超聲波的頻率上限通常是100KHz以內(nèi)，但在非破壞用的醫(yī)療檢查系統(tǒng)中也有高達(dá)5000KHz的?？偠灾I(yè)上通常把能產(chǎn)生和利用在各種不同介質(zhì)中傳導(dǎo)，隨著各種不同介質(zhì)的特性差別產(chǎn)生各種不同功能與效用的波動(dòng)，統(tǒng)稱為超聲波。

超聲波焊接的原理：
將聲波籍超聲波焊頭（HORN）傳遞到塑膠加工物上，以每秒15～30KHZ，振幅為4～5um左右的振動(dòng)，再經(jīng)過固定的超聲波變幅桿和可換增幅工具頭放大，在兩片塑膠件接合面上產(chǎn)生20～30um左右的高頻振動(dòng)。這樣在金屬工具焊頭的端面瞬時(shí)最大速度可達(dá)4m/s，這種高頻捶擊作用到塑膠表面上，在應(yīng)力高的地方發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦熱，使界面熔化了的塑膠粘接在一起，從而實(shí)現(xiàn)焊接。

超聲波焊接能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理：
在超聲波焊接過程中，接頭處能量的轉(zhuǎn)換主要是指由超聲波的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成使塑料熔合的熱能，這種能量變化直接影響到結(jié)合面處溫度的變化，影響到接頭的質(zhì)量。由于超聲波焊接過程的復(fù)雜性，有關(guān)焊接過程的研究還很不充分，關(guān)于其焊接機(jī)理也有多種解釋。

目前，關(guān)于塑膠超聲波焊接熔合機(jī)理主要有以下兩種觀點(diǎn)：
1）摩擦振動(dòng)機(jī)制。認(rèn)為當(dāng)超聲波作用于兩焊件時(shí)，塑料質(zhì)點(diǎn)會(huì)被超聲波激發(fā)而引起連續(xù)交替的受壓和解壓，以至焊件接觸表面因振動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，振動(dòng)頻率就是超聲波的頻率。此時(shí)，機(jī)械功轉(zhuǎn)化為熱，使焊件表面的溫度升高直至熔化，最終形成焊接接頭。
2）應(yīng)力應(yīng)變儲(chǔ)能及轉(zhuǎn)換機(jī)制。認(rèn)為塑料是粘彈性體，超聲波在其中傳播時(shí)，引起塑料質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變不同相，從而引起能量損耗，轉(zhuǎn)化成熱使焊件表面熔化形成接頭。

超聲波焊接