塑膠件超聲波焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Q：常見的焊縫設(shè)計(jì)有對(duì)接、臺(tái)階、溝槽和剪切接頭等，哪一種是最好的？

A：沒(méi)有一種焊縫設(shè)計(jì)被認(rèn)為是所有應(yīng)用中的“最佳”的。它們有各自獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，必須根據(jù)每個(gè)零件材料和尺寸特點(diǎn)、應(yīng)用要求，以及設(shè)計(jì)約束來(lái)加以考慮。

                                                                                                               常見焊接縫的設(shè)計(jì)

                                                                       兩種超聲波焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)

Q：焊接強(qiáng)度是評(píng)價(jià)焊縫好壞的第一標(biāo)準(zhǔn)，而其他因素，例如美觀性或密封性要求對(duì)接頭設(shè)計(jì)有什么影響？

A：所有這些因素肯定會(huì)影響接頭設(shè)計(jì)。例如，簡(jiǎn)單的臺(tái)階接頭適用于僅需要強(qiáng)度和美觀的大多數(shù)應(yīng)用。如果產(chǎn)品需要密封性，則最好使用剪切接頭或者溝槽接頭。如果要焊接的是具有內(nèi)部流體通道的醫(yī)療部件，則最好使用溝槽接頭，可將內(nèi)部溢料隔離，并防止其松散顆粒進(jìn)入流體通道。

在討論具體應(yīng)用時(shí)，我們會(huì)查看所有要求，整個(gè)零件的設(shè)計(jì)，壁厚，材料和限制約束，然后選擇最合適的接頭設(shè)計(jì)。

Q：材料在超聲波焊接的接頭設(shè)計(jì)中起什么作用？特定材料會(huì)需要特定接頭設(shè)計(jì)嗎？

A：在大多數(shù)情況下，材料可選擇任一種接頭設(shè)計(jì)。但在某些情況下，會(huì)存在一些因素影響接頭設(shè)計(jì)。例如，較大的零件采用半結(jié)晶材料如PP，薄壁變得非常柔軟且不穩(wěn)定。在這種情況下，我們不建議采用對(duì)接或者臺(tái)階接頭設(shè)計(jì)。因?yàn)?，柔軟的薄壁?huì)產(chǎn)生變形和彎曲，導(dǎo)致能量耗損和接頭錯(cuò)位問(wèn)題。當(dāng)然，如果在塑料中增加玻璃纖維，增加材料剛度，那么可以在某種程度上抵消該問(wèn)題。

Q：不同材料可以焊接嗎？

A：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要實(shí)現(xiàn)真正的化學(xué)分子鍵連接，必須是相同材料焊接。但是，也有一些例外，即材料特性足夠接近，保證在焊接時(shí)能夠充分融合。例如，可以將ABS焊接到PMMA或PC上，效果非常好。盡管少數(shù)其它材料的組合具有不同程度的兼容性，但是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量避免不同材料焊接。

如果采用超聲波鉚接，則無(wú)需考慮材料兼容性問(wèn)題。例如，通過(guò)鉚接形成的鉚點(diǎn)（蘑菇頭），你可以將金屬板固定在塑料外殼上。對(duì)于薄膜和過(guò)濾膜的焊接到塑料表面，則是通過(guò)熔化的塑料流入薄膜的多空結(jié)構(gòu)中，形成機(jī)械連接。這類似于一塊口香糖粘在地毯上，是機(jī)械連接，并非是化學(xué)分子鍵連接。

Q：產(chǎn)品的外形對(duì)焊接有影響嗎？接頭轉(zhuǎn)彎時(shí)采用圓角還是尖角？

A：正方形和圓形的部件都可以成功焊接，但是每一個(gè)都有獨(dú)特的挑戰(zhàn)。對(duì)于需要密封的方形零件，當(dāng)接頭轉(zhuǎn)彎時(shí)，要避免急劇的90度方向變化。材料往往會(huì)在這些區(qū)域中意外流動(dòng)，并可能導(dǎo)致泄漏。因此，我們建議轉(zhuǎn)彎處采用圓角設(shè)計(jì)。

這也適用于零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)上。尖銳的90度內(nèi)角在振動(dòng)載荷下往往會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中并積累導(dǎo)致?lián)p傷，因此需要增加圓角半徑。

                           超聲波遠(yuǎn)場(chǎng)焊接和近場(chǎng)焊接                                                     一種帶有美觀線的超聲波焊接結(jié)構(gòu)

Q：遠(yuǎn)場(chǎng)焊接和近場(chǎng)焊接有什么區(qū)別？

A：遠(yuǎn)場(chǎng)焊接是指焊頭與零件接觸面與接頭相距較遠(yuǎn)，因此振動(dòng)能量必須傳播更長(zhǎng)的距離才能到達(dá)接頭。盡管有許多成功的遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例，但是近場(chǎng)焊接還是首選。尤其是使用較軟的半結(jié)晶熱塑性塑料時(shí)，遠(yuǎn)場(chǎng)焊接會(huì)損耗大量的振動(dòng)能量。

Q：哪些應(yīng)用無(wú)法使用超聲波焊接？如何解決該問(wèn)題？

A：導(dǎo)致無(wú)法使用超聲波焊接，最主要原因是零件尺寸過(guò)大。單個(gè)焊頭可焊接區(qū)域是有限制的。如果部件需要連續(xù)焊接，例如密封容器，并且焊接區(qū)域大于焊頭的最大尺寸，那么顯然這是不可行的應(yīng)用。最可能解決方法是將要焊接蓋子的尺寸減小。

另一種困難的應(yīng)用是多層焊接，在同一個(gè)零件上不同的高度位置焊接多個(gè)零件，如同三明治結(jié)構(gòu)，然后一次將它們?nèi)亢附?。?duì)于這類應(yīng)用，我們始終建議分別焊接每個(gè)子組件，然后將子組件組合并進(jìn)行一次最終的總裝配焊接。

Q：焊縫接頭設(shè)計(jì)不佳或者有缺陷，是否可以通過(guò)調(diào)整焊接參數(shù)和模具來(lái)解決？還是重新設(shè)計(jì)零件更好？

A：在某種程度上，可以通過(guò)優(yōu)化焊接參數(shù)或者改善治具，來(lái)克服因缺陷導(dǎo)致的一些小問(wèn)題。但在極端情況下，此類應(yīng)用的焊接工藝窗口會(huì)非常狹窄，無(wú)法進(jìn)行改善，需要重新設(shè)計(jì)零件。

Q：當(dāng)焊縫接頭設(shè)計(jì)合理，還會(huì)遇到焊接失敗的問(wèn)題嗎？

A：會(huì)失敗。除了接頭設(shè)計(jì)合理，高質(zhì)量的成型零件也非常重要。我們有時(shí)會(huì)看到在紙上看起來(lái)很棒的設(shè)計(jì)，然而零件從注塑廠出來(lái)后，焊接卻遇到各種問(wèn)題，例如強(qiáng)度不足不密封等。

注塑件的質(zhì)量非常重要，要重視零件尺寸公差，縮痕，翹曲，分型線或不良位置的澆口。在成型過(guò)程中避免這些問(wèn)題，以確保焊接成功的最大概率。