超声波焊接和高周波熔接的特点

超声波塑焊机的特点：

1）不污染无公害，绿色环保；

2）无需整体加热，工件不易变形，机器功耗小；

3）焊接速度快，工件表面氧化脱碳较轻；

4）表面淬硬层可根据需要进行调整，易于控制；

5）塑料焊接设备加装在机械加工生产线上，易于实现机械化和自动化程度，方便管理，节约人力物力，大大提高生产效率；

6）表面工件表层有较大压缩内应力，工件破断能力较高。

高周波熔接机的特点：

1）电力输出强大，本机振荡器所产生的周率27.12MHZ或40.68MHZ，符合国际工业波段标准，各种控制装置特殊电子线路，可避免不当操作，且能快时间熔接制品、提高产品产量；

2）高灵敏火花保护装置，当火花产生时，可自动切断高周回路，使机件及物件损害降低，当电流过高时，自动切断高压保证振荡管及整流器。

超声波的特性

从超声波焊接的角度，超声波具有三个非常重要的特性，这三个特性与超声波的焊接质量密切相关，是超声波焊接过程中发生的诸多现象的根源。非常温条件下工作时，应选用相应的保证低温或高温力学性能的焊条。理解这三个特性有助于理解超声波焊接的工艺要求，产品设计工程师从而可以正确的设计超声波焊接结构来满足超声波焊接的工艺要求，提高超声波的焊接质量。

超声波的三个特性、产生的焊接现象、及其对塑胶件结构设计要求如表1所示:

1)  能量大；超声波能够产生的比声波大得多的能量，这是超声波能够对塑胶件件进行焊接的基础，同时这也是超声波焊接强度较高的根本原因；当时在作电流点焊电极加超声振动试验时，发现不通电流也能焊接上，因而发展了超声金属冷焊技术。正由于其产生巨大能量的能力，超声波甚至能够进行金属零件的焊接；而在另一个方面，恰恰由于能量大，超声波有可能对焊接界面造成；同时可能对塑胶件其它部位或者塑胶件上已经装配的其它零部件造成损坏。

2) 方向性好，几乎是直线传播；由于超声波的波长很短，衍射效应不显著，所以可以近似地认为超声波是沿直线传播，即传播的方向性好，容易得到定向而集中的超声波束。因此，这要求超声波焊头与焊接零件保持足够大的接触面积，保证超声波能能够传导到焊接界面。形状复杂或大厚度的焊件，焊缝金属在冷却时收缩应力大，容易产生裂纹，必须选用抗裂性能强的焊条，如低氢型焊条，高韧性焊条或氧化铁型焊条。同时，如果在传播方向上存在孔洞等，超声波就难绕过孔洞传导能量，这也是超声波结构设计时需要注意的地方。

3) 衰减性；尽管超声波的穿透能力强，但超声波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减越厉害。另外，在不同的塑料中，超声波能量的衰减程度不一致。例如，在无定形塑料中，如ABS，其能量衰减程度较小，两个ABS塑胶件即使是远程焊接也能保证焊接质量；在半结晶塑料中，如PA66，超声波能量衰减程度大，超声波传播距离较短，很难保证远程焊接的质量。即使已经拥有几年的设计和开发经验，我们还是坚信只有通过严格的测试和质量控制才能生产出较好的超声波焊头。

塑料的超声波焊接性能

塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料可塑但不可逆。次加热时可熔化流动，加热到一定温度，产生化学反应，交联固化变硬而形成固体；但这种变化时不可逆的，当重新受热加压时，热固性塑料不能再次熔化。因此，超声波焊接不能焊接热固性塑料。热塑性塑料可塑又可逆；当加热形成固体后，其内部结构仅经历形态的变化，是可逆的；重新加热和加压时，能够重新熔化并再次形成固体。根据等强度的观点，选择满足母材力学性能的焊条，或结合母材的可焊性，改用非等强度而焊接性好的焊条，但考虑焊缝的结构形式，以满足等强度、等刚度要求。超声波焊接能够焊接大部分的热塑性塑料。

热塑性塑料又分为无定形塑料和半结晶塑料，由于二者的分子结构和排布不同，二者的超声波焊接性能又有所差别。

无定形塑料的分子结构呈随机分布，没有一个明确的熔点Tm，其在一个很广泛的温度范围内逐步软化、熔化和流动；而不是一旦加热到某个温度就立即从固体熔化，然后又立即固化。无定形塑料这种特性非常易于传导超声波振动能力，能够在较大的压力和振幅范围内进行超声波焊接。超声波焊接虽然发现较早，但是到目前为止，其作用机理还不是很清楚。

半结晶塑料的分子结构在局部呈规律性分布，有一个明确的熔点Tm，在温度达到熔点之前，半结晶塑料始终保持着固态；当温度达到熔点后，整个分子链立刻开始运动，并立即固化。无定形塑料和半结晶塑料的熔化过程区别如图所示。

半结晶塑料呈规律性分布的分子结构类似于弹簧，非常容易吸收高频的超声波振动能量，使得能量很难从焊头传导到焊接界面，必须有足够大的超声波能量才能使得半结晶塑料熔化。因此，相对于无定形塑料，半结晶塑料比较难焊接。拆卸前要充分熟悉每个电气部件的功能、位置、连接方式以及与周围其他器件的关系，在没有组装图的情况下，应一边拆卸，一边画草图，并记上标记。为了使得半结晶塑料获得较高的焊接质量，往往需要考虑更多的因素，例如，较高的振幅、合适的焊接界面设计、焊头的接触、焊接的距离以及焊接夹具等。无定形塑料和半结晶塑料的超声波焊接难易程度如表2所示。

塑料之间的超声波焊接兼容性

两种塑料能够焊接兼容，必须在化学上兼容，否则，尽管两种塑料熔合在一起，但没有分子键的结合，焊接强度会非常低。一个典型的例子是PE与PP的焊接。由于焊接接头化学成分的不连续，经历了焊接热循环后，焊接接头各个区域出现不同的组织，往往在某些区域出现极其复杂的组织结构。两种塑料都是半结晶塑料，有着相似的外观和相似的物理性能，但它们不能在化学上兼容，因此它们不能焊接在一起。

热塑性塑料能够与自身焊接在一起。例如，一个ABS的零件能够与另外一个ABS的零件焊接在一起；不同的塑料能够焊接在一起取决于两个因素；其一是它们的熔化温度很接近，在22°以内；如果熔化温度相差很大，一种塑料已经开始分解了，另一种塑料才开始熔化，两种塑料自然无法焊接在一起。其二是相似的分子结构。例如，ABS零件能够与Acrylic零件进行焊接是因为它们的化学属性是兼容的。因此，当物体的振动超过一定的频率，即高于人耳听阈上限时，人们便听不出来了，这样的声波称为“超声波”。一般来说，只有相似的无定形塑料才有机会彼此焊接在一起，而半结晶塑料的化学属性相差很大，它们基本上不能互相焊接在一起。

值得注意的是，即使是同一种塑料之间的超声波焊接，应该使用来自同一家供应商的同一种型号材料，否则也有可能产生焊接质量问题。