當超音波作用於熱塑性的塑膠接觸面時，會產生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由於焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高溫。又由於塑膠導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑膠的接觸面迅速熔化，加上一定壓力後，使其融合成一體。當超音波停止作用後，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近於原材料強度。超音波塑膠焊接的好壞取決於換能器焊頭的振幅，所加壓力及焊接時間等三個因素，焊接時間和焊頭壓力是可以調節的，振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互作用有個適宜值，能量超過適宜值時，塑膠的熔解量就大，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。這個最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。
基本介紹
- 中文名：超音波塑膠焊接
- 熔接法：快速、堅固的熔接效果
- 鉚接法：達到點焊的效果
- 切除法：利用焊頭及底座的特別設計方式
焊接方法,影響焊接的因素,設備配置,工作要領,
焊接方法
1、熔接法：超音波振動隨焊頭將超聲波傳導至焊件，由於兩焊件處聲阻大，因此產生局部高溫，使焊件交界面熔化。在一定壓力下，使兩焊件達到美觀、快速、堅固的熔接效果。
超音波焊接線設計-王強
超音波焊接線設計-王強2、埋植(插)法：螺母或其它金屬欲插入塑膠工件。首先將超音波傳至金屬，經高速振動，使金屬物直接埋入成型塑膠內，同時將塑膠熔化，其固化後完成埋插。
3、鉚接法：欲將金屬和塑膠或兩塊性質不同的塑膠接合起來，可利用超音波鉚接法，使焊件不易脆化、美觀、堅固。
4、點焊法：利用小型焊頭將兩件大型塑膠製品分點焊接，或整排齒狀的焊頭直接壓於兩件塑膠工件上，從而達到點焊的效果。
5、成型法：利用超音波將塑膠工件瞬間熔化成型，當塑膠凝固時可使金屬或其它材質的塑膠牢固。
6、切除法：利用焊頭及底座的特別設計方式，當塑膠工件剛射出時，直接壓於塑膠的枝幹上，通過超音波傳導達到切除的效果。
影響焊接的因素
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並在相當廣泛的壓力/振幅範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於將超音波振動能量傳至壓合面，幫要求更高的振幅。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）才能取得超音波焊接的成功。
2、熔化溫度
聚合物的熔點越高，其焊接所需的超音波能量越多.
3、硬度（彈力係數）
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。
4、 化學結構
超聲粘接是塑膠玩具業中使用得非常廣泛的一種緊固聯接的方法，但並非所有的塑膠都可以超聲粘接的。這跟塑膠的性能有關係，一般來講，非極性化合物(如PP， PE)是很難超聲的，極性化合物是可以超聲的，而且極性化合物之間也是可以超聲的，如PS與PMMA之間是可以超聲的，典型的產品，如望遠鏡系列，望遠鏡的鏡片是PMMA的，而鏡身可能是PS或者ABS，就可直接把PMMA鏡片超聲粘接到PS或者ABS鏡身上，而一般來說，玩具產品中的硬膠使用得最多的就是聚苯乙烯（PS）及其改良品種，所以超聲粘接使用得最多的就是PS。
設備配置
超音波塑膠焊接設備由氣壓傳動系統、控制系統、超音波發生器、換能器及工具頭和機械裝置等組成。
1、氣動傳動系統
工作時首先由空壓機驅動衝程氣缸，以帶動超聲換能器振動系統上下移動，動力氣壓在中小功率的超音波焊接中氣壓根據焊接需要調定。
2、控制系統
控制系統由時間繼電器或積體電路時間定時器組成。主要功能是：一是控制氣壓傳動系統工作，使其焊接時在定時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，當焊接完後保壓一段時間，然後控制系統將氣路閥門換向，使焊頭回升復位；二是控制超音波發生器工作時間，本系統使整個焊接過程實現自動化，操作時只啟動按鈕產生一個觸發脈衝，便能自動地完在本次焊接全過程。整個控制系統的順序是：電源啟動一觸發控制信號，氣壓傳動系統，氣缸加壓焊頭下降並壓住焊觸發超聲發生器工作，發射超聲並保持一定焊接時間，去除超聲發射，繼續保持一定壓力時間，退壓，焊頭回升，焊接結束。
3、超音波發生器
（1）功率較大的超音波塑膠焊接機，發生器信號採用鎖相式頻率自動跟蹤電路，使發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以上的超音波塑膠焊接機所用發生器採用自激式功率振盪器，也具有一定的頻率跟蹤能力。
4、超音波塑膠焊接機使用的聲學系統
（1）換能器
超音波塑膠焊接機用的聲學系統包括三個部分：1驅動部分2固定部分3工作部分。在以上三個組成部分中，驅動是核心，一般採用螺栓夾緊的縱向振動換能器，其中半波長縱向振子與四分之一的波長縱向振子，半波長縱向振與半波長聚能器相連線組成一個全波長塑膠焊接換能器，而四分之一波長縱向振子與四分之一波長聚能器相連，組成一個半波長換能器。
（2）工具頭
對不同的焊接對象需要有不同工具頭，不管是近場焊接還是傳輸焊接，只有半波長的工具頭才能使焊接端面達到最大的振幅。工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑膠焊接機用聲學系統工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質合金，功率較大時也有用鈦合金材料製成的，該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。
工作要領
注意焊頭不可以任意修改，否則會改變其諧振頻率及機械強度，容易導致換能器或電器零件損壞。
超音波焊接機操作要領：
機器工作原理：
將220V/50HZ的電源供電，轉變為20KHz或15KHz的高壓電能，利用換能器轉換成機械能，機械振動經二級桿放大經焊頭傳遞至被加工物，利用空氣壓力，產生工件接觸面加壓摩擦熔接的效果。
安裝程式：
A：將機架上的三根電纜分別接入底座和發生器的插座上，並擰緊。
B：安裝好換能器系統，並擰緊固定螺絲。
C：調整機架高度並擰緊機體固定把手。
D：觀察底座上急停開關是否復位，如未，請復位。
E：連線好氣源及電源，並接好地線。
F：將焊頭與二級桿之間的接觸面擦拭乾淨，在兩個端面上塗抹少量矽油或黃油，將螺桿擰入焊頭一邊擰緊，然後將焊頭與二級桿這宰用螺桿連線，並用板手鎖緊。
G：操作前，請務必做超聲檢測，以確定發生器頻率與換能器系統機械諧振頻率一致。尤其是更換焊頭或改變輸出振幅之後，不可疏忽。
超音波檢測：
為了達到最佳的使用效果並維護本機的性能，調整發生器與換能器系統的諧振，非常重要。
A：調諧前，確保焊頭與二級桿之間必需鎖緊。調諧時，焊頭不要接觸其它物品。
B：打開電源開關，此時電源指示燈亮。
C：按下超音波測試開關，並注視負載表，（如電流表指針超30%或超過2A，則按下超聲測試開關的時間要非常短），調整調諧電感，左右旋轉直到負載電錶批示在最小位置，通常在5%-15%或300MA-900MA之間。
D：因本機設有卡位，所以調諧電感的調整範圍只有360度，如焊頭的頻率同20KHZ或15KHZ相差較遠時，需打開機蓋，拆開固定位進行調整。
注意
（1）：調整調諧電感時，負載表電流大小變化，並非表示功率輸出大小，只表示發生器與換能器能器系統諧振程度，（電流越小，諧振越
好）。如需要較大振幅輸出，可改變二級桿的品種。（15KHz機還可調整振幅調節開關，但不可在有超音波時調整振幅調節開關，以防
高壓電擊。）
（2）：負載表空載時，表示諧振程度；帶負載時，表示輸出能量。
（3）：調諧時，如過載指示燈亮，應立即鬆開測試開關，過5秒鐘之後，調整調諧電感，再做超音波檢測。
（4）：正確的調諧非常重要，如果無法達到正常情況，請參照故障檢測表，不可勉強使用，以免損壞機器。
校模：
為達到高的生產效率，焊頭與塑膠件之間的距離應儘量縮短但仍需留有足夠的空間方便取放塑膠件。
1將塑膠件放在底座中調整氣壓在2Kg左右，利用焊頭升降開關來使上下摸對準。
2選擇適合的焊頭與塑膠件之間的距離鎖緊機架固定把手。
3調整限位螺栓使焊頭下降壓緊塑膠件之後仍有0.2mm左右的空間。（對於焊接深度要求較高的塑膠件，此空間相應加大）。
4調整焊接、保壓時間、氣壓、試焊樣件。
5觀察樣件,如發現焊接不均勻,則需要細調底座的平衡,一般原則為焊接部位熔接越厲害,則應調低，在底座相反位置墊上紙片等抬高底座對應位置，使塑膠件與焊頭吻合良好。
影響塑膠件超聲加工的因素如下：
（1）接觸面的設計 （2）焊接線的設計 （3）塑膠材質
（4）塑膠件外形和尺寸 （5）焊接面與焊頭之間距離 （6）焊頭的設計
（7）焊頭的振幅 （8）校模的準確性 （9）焊接壓力、時間參數的選擇
超音波焊接操作步驟：選擇振幅、二級桿調諧頻率、校模
過熔時： 減小熔接時間,壓力降低振幅段數
焊接不夠：增加熔接時間或氣壓；增加振幅段數；改用較大功率機型；選擇較大比例二級桿； 確定所有參數。
