功率超聲波焊接技術在包裝機械上的應用

2021-08-23 17:27

超聲波是一種高能量機械振動波，其振動頻率在20kHz以上，其作用於水介質，會產生空化作用，已廣泛應用於食品醃製、超聲波清洗等行業;或作用於其他傳聲介質中，產生不同的效應，從而在基礎科學和工程應用等領域都展示出非常廣闊的前景。按研究內容劃分，可分為功率超聲和檢測超聲兩大領域。檢測超聲常用於工業探傷、測距及醫學檢查等，被稱為弱超聲的“被動應用”;功率超聲主要通過高頻超聲對接觸麵進行高頻振動摩擦，從而改變介質的某些特性，故功率超聲也被稱為“主動應用”，而超聲波焊接則是超聲“主動應用”領域的典型代表。科學技術的日新月異，人們生活水平的不斷提高，使人們開始追求一種快速、清潔、牢固、方便、無汙染的焊接方式，超聲波焊接因其安全、無公害等特點而迅速應用於金屬焊接、塑料焊接、包裝焊接、紡織物焊接、尼龍焊接等眾多領域。

功率超聲波焊接技術原理

功率超聲焊接是利用其縱波的波峰位置傳遞振幅到焊件接觸麵，在外加壓力情況下，使兩個焊件接觸麵的分子相互摩擦撞擊而熔融，使接觸位焊件材料相互融合，達到焊接加工的目的，整個過程不足0．5s，工效極高。超聲波作用於熱塑性塑料或複合材料焊件時，產生每秒幾萬次的高頻振動，通過變幅裝置放大並傳遞到焊區。同時，由於兩個焊件接觸麵處聲阻很大，從而產生局部高溫，熱量瞬間聚集在焊區，使接觸麵迅速熔化，並在一定壓力下融為一體。超聲波作用完成後，由於溫度急劇降低，分子運動瞬間降低，從而使焊件接觸麵凝固成型，形成堅固的分子鏈，其強度接近原材料。超聲波焊接時不向焊接件輸送電流，隻是在靜壓力下將彈性振動能量轉變為焊件間的摩擦功、形變能以及隨之有限的溫升;焊接材料結合不需要助焊劑，不會產生光、煙、水、氣等額外排廢物，低碳環保，經濟高效。

功率超聲波焊接係統已成功應用於熱可塑性塑料材料的焊接，但並非所有的塑料材料都可以實現超聲波焊接，焊接係統對包裝薄膜材料表現出一定的適應性。對於不同的包裝薄膜材料，其熔點、焊接功率、焊接電流、焊接壓力、焊接振幅、焊接時間均各不相同，但都有一個共同點，即熔點越高所需焊接功率、焊接電流、焊接壓力、焊接振幅越大，焊接時間也越長。而對於既定功率超聲波焊接係統，尤其是換能器的功率是固定的，超出了其上限，將導致焊接不理想甚至失敗，故對於不同的材料應綜合考慮，選擇最佳功率超聲波焊接係統。

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