如何分析解決超聲波焊接中遇到的問(wèn)題

如何分析解決超聲波焊接中遇到的問(wèn)題（深度好文章）

      超聲波焊接是一種被廣泛認(rèn)可和接受的用于連接熱塑性材料的工藝。它提供了許多優(yōu)勢(shì)，包括工藝可靠性和可重復(fù)性、比其他連接技術(shù)更低的能源使用、節(jié)省材料（因?yàn)椴恍枰钠?，例如膠水或機(jī)械緊固件）以及節(jié)省勞動(dòng)力。

         但與任何過(guò)程一樣，在某些情況下，出現(xiàn)明顯問(wèn)題會(huì)影響生產(chǎn)。解決和避免這些問(wèn)題的關(guān)鍵是了解它們的原理。成功使用超聲波焊接的加工通常具有兩個(gè)主要特征：他們擁有經(jīng)過(guò)充分證明的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的焊接工藝；這需要一個(gè)專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師支持和維護(hù)。

超聲波焊接工作過(guò)程
在檢查超聲波焊接問(wèn)題的常見(jiàn)原因之前，讓我們花點(diǎn)時(shí)間了解焊接周期本身。在超聲波焊接中，通過(guò)振動(dòng)超聲波焊頭在兩個(gè)產(chǎn)品零件的表面施加高頻振動(dòng)。焊接是由于零件之間的界面處產(chǎn)生的摩擦熱而發(fā)生的。超聲波振動(dòng)由一系列組件（電源、轉(zhuǎn)換器、增壓器和焊頭）產(chǎn)生，這些組件將機(jī)械振動(dòng)傳遞給零件。

如圖 1 所示，電源采用標(biāo)準(zhǔn)電線電壓并將其轉(zhuǎn)換為工作頻率。在以下示例中，我們將使用 20 kHz 的常見(jiàn)超聲波焊接頻率，但焊接可以在 15 至 40 kHz 的范圍內(nèi)進(jìn)行以滿足特殊需求。在工作中，電源以指定頻率通過(guò)射頻電纜向轉(zhuǎn)換器發(fā)送電能。轉(zhuǎn)換器利用壓電陶瓷將電能轉(zhuǎn)換為電源工作頻率下的機(jī)械振動(dòng)。這種機(jī)械振動(dòng)會(huì)根據(jù)變幅桿和工具頭的振幅的設(shè)計(jì)增加或減少。適當(dāng)?shù)臋C(jī)械振動(dòng)幅度由應(yīng)用工程師確定，這取決于零件中使用的熱塑性材料的種類。

待焊接的零件承受機(jī)械負(fù)載，通常使用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)超聲波振動(dòng)單元。在此壓力載荷下，機(jī)械振動(dòng)傳遞到材料表面之間的界面，從而集中振動(dòng)以產(chǎn)生分子間和表面摩擦。這種摩擦?xí)a(chǎn)生熱量和隨后的熔化，然后凝固成焊接結(jié)合。

超聲波焊接機(jī)是超聲波發(fā)生器、換能器系統(tǒng)和程序控制（見(jiàn)圖2）。電源采用標(biāo)稱 220v 的線路電壓，并將其轉(zhuǎn)換為高壓、高頻信號(hào)。它還包含超聲波換能器和參數(shù)控制，以實(shí)現(xiàn)所需的焊接結(jié)果。氣動(dòng)或電動(dòng)伺服操作的執(zhí)行器可作為獨(dú)立的臺(tái)式裝置或集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中，將超聲波工具移向要連接的零件。它向材料施加所需的壓力，以幫助創(chuàng)造焊接條件。

超聲波振動(dòng)單元。它通過(guò)與零件的直接接觸將振動(dòng)能量傳遞到產(chǎn)品表面。超聲波振動(dòng)單元通常由三部分組成：超聲波換能器，其中包含以施加的電源信號(hào)的頻率振蕩的壓電陶瓷晶體。當(dāng)這些晶體振蕩時(shí)，它們會(huì)物理膨脹和收縮，從而在換能器的輸出側(cè)產(chǎn)生可測(cè)量的機(jī)械運(yùn)動(dòng)（稱為峰峰值幅度）。

第二部分是增壓器或變幅桿，在其中間部分帶有一個(gè)連接環(huán)，有兩個(gè)功能：它作為振動(dòng)系統(tǒng)的固定安裝點(diǎn)，還用于放大或減少傳感器中產(chǎn)生的輸出運(yùn)動(dòng)。

振動(dòng)系統(tǒng)的第三個(gè)也是最后一個(gè)組件是超聲波焊頭，活成超聲波模具，它將接觸要連接的零件。超聲波模具將被設(shè)計(jì)成與塑膠產(chǎn)品的外輪廓相匹配，或者可以在薄膜/紡織品應(yīng)用中將密封輪廓添加到其接觸面。對(duì)于每種應(yīng)用，焊頭都設(shè)計(jì)為與換能器組件結(jié)合，以達(dá)到最佳的振幅輸出水平，從而盡可能高效地進(jìn)行超聲波焊接。

超聲波常見(jiàn)問(wèn)題通常發(fā)生在以下四個(gè)方面之一：

1.設(shè)備：超聲波焊接設(shè)備或各種焊接部件不適合應(yīng)用。
2.工藝參數(shù)：使用的參數(shù)不適合被連接的零件。
3.材料：零件中使用的材料的類型、成分或物理/機(jī)械特性發(fā)生變化。
4.零件設(shè)計(jì)：零件幾何形狀的某些細(xì)節(jié)不適合可重復(fù)或成功的焊接。

還應(yīng)該注意的是，有時(shí)在一個(gè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題可能會(huì)暴露另一個(gè)領(lǐng)域的弱點(diǎn)或不足。

塑料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

超聲波振幅對(duì)焊接的影響

超聲波焊接壓力和觸發(fā)壓力對(duì)焊接的影響

讓我們從設(shè)備開(kāi)始。認(rèn)為在一種應(yīng)用中產(chǎn)生成功焊接的設(shè)備和方法在另一種應(yīng)用中也能成功是很容易的，而且通常是合乎邏輯的。但這并非普遍適用。在世界范圍內(nèi)，20kHz 超聲波焊接機(jī)是迄今為止使用最廣泛的；由于它們的多功能性，這些焊機(jī)可以提供高功率（高達(dá) 4000 W）和高振幅輸出，并且它們可以適應(yīng)各種可用的工具尺寸。對(duì)于采購(gòu)商來(lái)說(shuō)，它們盡力選用了一些比較大功率的超聲波設(shè)備，因?yàn)樗型谖磥?lái)的許多應(yīng)用中使用。

然而，在某些情況下——尤其是對(duì)于小而精密的部件——20kHz 設(shè)備的高功率、高振幅能力可能證明對(duì)某些組件過(guò)于“激進(jìn)”，可能會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。一種可能的解決方案是降低輸入幅度，但如果施加的幅度低于所焊接聚合物的推薦水平，則這將不起作用。

因此選用較高頻率的設(shè)備產(chǎn)生較低幅度的輸出，但通過(guò)以較高頻率共振來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，在將超聲波能量應(yīng)用于零件時(shí)，高頻焊工被認(rèn)為“更溫和”。電子組件，尤其是那些帶有精密定時(shí)器/振蕩器、（晶振）和位于印刷電路板上的貼片電子組件，超聲波不易產(chǎn)生破壞作用。

另一個(gè)潛在因素是設(shè)備故障。這些很少在沒(méi)有發(fā)生警告的情況下發(fā)生。一個(gè)明顯的例子是焊機(jī)操作時(shí)產(chǎn)生的噪音的變化或增加。有經(jīng)驗(yàn)的操作員和維護(hù)人員通常會(huì)適應(yīng)這種微妙的諧波波動(dòng)，并應(yīng)始終與主管溝通這些變化。如果發(fā)現(xiàn)有異常響聲，請(qǐng)及時(shí)處理檢查。

同樣，較新的超聲波設(shè)備允許用戶執(zhí)行交互式診斷功能檢查，如果正確解釋并與其他警告標(biāo)志（如噪聲）結(jié)合使用，可以在令人擔(dān)憂的趨勢(shì)成為主要問(wèn)題之前提醒用戶。電源通過(guò)先進(jìn)的通信協(xié)議可以獲得“焊接圖結(jié)果”和“頻率掃描”等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以與設(shè)備新的、最近維修過(guò)的或已知性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)獲得的基線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

有了這些信息，有經(jīng)驗(yàn)的用戶就可以集中精力進(jìn)行故障排除，并確定是否需要采取其他措施或進(jìn)一步監(jiān)控。一旦確定了一個(gè)關(guān)注的領(lǐng)域，用已知的良好組件替換可疑組件是積極識(shí)別需要維修或糾正措施的焊接設(shè)備的一種方法。有用的診斷數(shù)據(jù)示例包括：

?焊接圖表數(shù)據(jù)。這有助于查明好零件和可疑零件之間的差異。如圖 3 所示，焊接圖表上顯示的數(shù)據(jù)包括幅度、電流消耗、功率、頻率和相位。幅度、相位、頻率和電流變化可能表明電源或堆棧存在問(wèn)題。功率消耗的差異可能表明工藝變化（例如焊接壓力）、零件幾何形狀變化（公差，尤其是在連接區(qū)域可能發(fā)生了變化）或堆棧組件問(wèn)題（喇叭或轉(zhuǎn)換器開(kāi)始出現(xiàn)故障） .

?喇叭診斷掃描。這可以確定喇叭是否消耗更多功率（顯示為在空氣中運(yùn)行所需的瓦數(shù)增加）。增加的功率消耗可能表明喇叭中正在形成裂縫。這種裂縫有時(shí)是內(nèi)部的，因此肉眼并不總是可見(jiàn)的。

?隨機(jī)數(shù)據(jù)。與已知的良好數(shù)據(jù)相比，出現(xiàn)混亂的數(shù)據(jù)可能表明轉(zhuǎn)換器、喇叭或射頻電纜中存在故障，如圖 4 所示。

工藝參數(shù)和材料
仔細(xì)控制和記錄工藝參數(shù)是另一個(gè)不容忽視的領(lǐng)域。醫(yī)療和汽車零部件生產(chǎn)商知道這一點(diǎn)并遵循嚴(yán)格的程序，這些程序通常由 FDA 等監(jiān)管機(jī)構(gòu)強(qiáng)制執(zhí)行，從而在使用超聲波焊接時(shí)取得了很大的成功。

不幸的是，其他產(chǎn)品（例如玩具或一次性產(chǎn)品）的加工商通常在不那么嚴(yán)格的要求下運(yùn)作，并且實(shí)施的過(guò)程控制要弱得多。在此類情況下，操作員通常會(huì)根據(jù)不斷變化的零件或生產(chǎn)條件不斷調(diào)整設(shè)置。雖然這種方法可能會(huì)導(dǎo)致令人滿意的生產(chǎn)，但當(dāng)過(guò)程參數(shù)頻繁變化時(shí)，發(fā)生的任何問(wèn)題都難以診斷，尤其是遠(yuǎn)程診斷。例如，最近的參數(shù)更改是由設(shè)備問(wèn)題還是零件組成或質(zhì)量的變化引起的？

通常，當(dāng)此類應(yīng)用需要幫助時(shí)，超聲波焊接應(yīng)用工程師在詢問(wèn)有關(guān)零件的一些基本問(wèn)題（材料、接頭設(shè)計(jì)、測(cè)試要求和當(dāng)前機(jī)器設(shè)置）后，可以指導(dǎo)客戶找到合適的解決方案。如果可以使用生產(chǎn)零件直接在機(jī)器上完成故障排除，則此方法特別有用。圖 5 顯示了故障排除/參數(shù)調(diào)整過(guò)程的概述。

與材料相關(guān)的問(wèn)題是生產(chǎn)中出現(xiàn)不一致或問(wèn)題的常見(jiàn)原因。如以下示例中所述，即使材料的微小變化也會(huì)對(duì)焊接或生產(chǎn)質(zhì)量產(chǎn)生巨大影響：

?聚合物變化。隨著價(jià)格的波動(dòng)，加工商出于經(jīng)濟(jì)原因想要在相似的聚合物之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換是很常見(jiàn)的。但是，在進(jìn)行任何更改之前咨詢超聲波焊接應(yīng)用專家是明智之舉。

一個(gè)常見(jiàn)但可能帶來(lái)麻煩的變化的一個(gè)例子是從易于焊接的無(wú)定形材料（如 ABS）轉(zhuǎn)變?yōu)楦y焊接的半結(jié)晶聚合物（如 PP）。為了成功焊接，ABS需要比PP（90-120微米）更低的超聲波堆棧輸出（在20 kHz時(shí)為30-70微米）。如果這種變化導(dǎo)致零件沒(méi)有以前的強(qiáng)度，或者焊接時(shí)間更長(zhǎng)，或者如果焊接對(duì)敏感的裝配表面/組件造成損壞，則問(wèn)題可能是缺乏超聲波堆棧輸出。有必要檢查堆棧組件，特別是喇叭和助推器，以確定對(duì)任一組件的改進(jìn)是否能讓
應(yīng)用程序有效地焊接新聚合物并使應(yīng)用程序恢復(fù)到“正?！钡某晒Ψ秶?。

?再生料含量高。再研磨的熱塑性塑料雖然能夠多次熔化和重整，但在每次后續(xù)熔化時(shí)，其物理性能都會(huì)發(fā)生一定程度的退化。過(guò)多重新研磨材料的累積效應(yīng)可能導(dǎo)致零件無(wú)法滿足規(guī)格要求。因此，Branson建議在要進(jìn)行超聲波焊接的零件中使用的再生料不要超過(guò)10％。在需要符合嚴(yán)格測(cè)試和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的特定應(yīng)用中，生產(chǎn)商應(yīng)強(qiáng)烈考慮對(duì)生產(chǎn)材料進(jìn)行定期分析，以不斷驗(yàn)證進(jìn)入成品零件的材料質(zhì)量。

?填料含量。通常，填料對(duì)于確保部件強(qiáng)度和耐用性至關(guān)重要。然而，零件中不同類型和百分比的填料會(huì)影響塑料連接工藝的成功。布蘭森建議填料含量保持在 30% 以下。接合含有較高比例填料（尤其是長(zhǎng)纖維）的部件有時(shí)會(huì)導(dǎo)致填料在焊接接頭處積聚，從而降低焊接強(qiáng)度。

另一個(gè)問(wèn)題是磨料填料。一些賦予附加強(qiáng)度或韌性的填料，包括碳酸鈣、二氧化硅和滑石，也可能會(huì)磨損工具的接觸表面。磨損零件長(zhǎng)時(shí)間暴露于工具表面會(huì)導(dǎo)致磨損，從而導(dǎo)致零件外觀損壞和向零件連接表面?zhèn)鬟f的能量不足。

建議更換為具有耐磨表面（例如碳化物或氮化鈦）的鈦喇叭。對(duì)于夾具，建議使用鋼或硬化不銹鋼。

零件配置和故障排除
如果您嘗試焊接的零件設(shè)計(jì)不當(dāng)，讓其他一切（設(shè)備、材料和工藝）正確無(wú)誤并沒(méi)有多大意義。但是，與其嘗試在此處查看良好零件設(shè)計(jì)的所有細(xì)節(jié)，不如讓我們關(guān)注一些導(dǎo)致零件設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)幕驹颍?/span>

?缺乏明確定義的項(xiàng)目或應(yīng)用目標(biāo)。當(dāng)測(cè)試和驗(yàn)收有一個(gè)“移動(dòng)目標(biāo)”時(shí)，許多應(yīng)用項(xiàng)目都會(huì)遇到困難。例如，應(yīng)用程序是否需要跌落測(cè)試？壓力測(cè)試？如果是這樣，在什么值？這些值對(duì)于有效進(jìn)行密封接頭的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，如果設(shè)計(jì)要順利進(jìn)行，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)需要提前考慮和決策。

?對(duì)特定應(yīng)用的最佳接頭類型缺乏了解。當(dāng)主要設(shè)計(jì)師可能對(duì)塑料連接工藝知之甚少，在推進(jìn)項(xiàng)目時(shí)卻發(fā)現(xiàn)做出了錯(cuò)誤的決定并且零件接頭和焊接特性不正確時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)次優(yōu)接頭設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)考慮的。

通常，只有在已經(jīng)進(jìn)行了大量投資（模具完成、零件生產(chǎn)和初始焊接試驗(yàn)）之后才會(huì)得出這樣的結(jié)論。再次強(qiáng)調(diào)，應(yīng)在項(xiàng)目早期確定與零件和焊接相關(guān)的關(guān)鍵考慮因素（焊縫控制和密封類型——?dú)饷?、結(jié)構(gòu)或兩者）。在項(xiàng)目的初始階段與超聲波焊接工程師合作有助于確定關(guān)鍵零件標(biāo)準(zhǔn)，更好地教育設(shè)計(jì)師，并有助于最大限度地減少或至少闡明可能的風(fēng)險(xiǎn)。

? 模具磨損，通常由使用磨料聚合物或填料引起，隨著時(shí)間的推移，可能會(huì)導(dǎo)致零件在尺寸和尺寸上與早期驗(yàn)證的零件大不相同。因此，主要的連接特征，例如能量導(dǎo)向器或剪切干涉接頭，不再符合規(guī)范。零件輪廓可能不再適合工具組。焊接結(jié)果可能變得越來(lái)越不一致。此問(wèn)題的補(bǔ)救措施包括重新加工現(xiàn)有模具或生產(chǎn)新模具。

最終，超聲波焊接部件的問(wèn)題可能會(huì)從許多來(lái)源突然出現(xiàn)。一旦懷疑有問(wèn)題，立即致電當(dāng)?shù)氐某暡ê附釉O(shè)備代表可以獲得診斷和補(bǔ)救技巧，通常通過(guò)電話或電子郵件完成，可以幫助您識(shí)別、最小化或解決潛在的生產(chǎn)問(wèn)題。為了減少故障排除的需要，請(qǐng)遵循以下最佳實(shí)踐：

? 在您的項(xiàng)目設(shè)計(jì)早期與您的超聲波焊接設(shè)備供應(yīng)商的應(yīng)用工程專家合作（或重新設(shè)計(jì)，如果考慮到重大的材料、形式或功能變化）。

?始終保留備用的，具有生產(chǎn)質(zhì)量的組件，特別是對(duì)于那些生產(chǎn)中斷會(huì)引起重大運(yùn)營(yíng)或財(cái)務(wù)問(wèn)題的關(guān)鍵應(yīng)用程序而言。生產(chǎn)備件是解決連接問(wèn)題的重要輔助工具，并且在供應(yīng)緊張的情況下，可以將生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行，同時(shí)將停機(jī)時(shí)間降至最低。

?利用培訓(xùn)機(jī)會(huì)，使您能夠掌握您正在使用的塑料連接技術(shù)。例如，布蘭森在各種公司地點(diǎn)和客戶地點(diǎn)舉辦研討會(huì)，提供必要的實(shí)踐培訓(xùn)和技術(shù)援助，讓您的超聲波工藝“冠軍”充分了解最新技術(shù)，并準(zhǔn)備好根據(jù)您的需要培訓(xùn)和維護(hù)技術(shù)。設(shè)施。設(shè)計(jì)工程師、質(zhì)量工程師、設(shè)備維護(hù)人員和運(yùn)營(yíng)/生產(chǎn)人員都可以從培訓(xùn)課程的投入中獲益。

50 年來(lái)，塑料的超聲波焊接一直依賴于一種簡(jiǎn)單的“按時(shí)間焊接”的過(guò)程控制方法（見(jiàn)圖 1）。設(shè)置計(jì)時(shí)器既簡(jiǎn)單又可靠，但有很大的缺陷。特別是，它是一個(gè)沒(méi)有過(guò)程反饋的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。這意味著它無(wú)法對(duì)零件、電力或焊接系統(tǒng)功能的變化進(jìn)行自我監(jiān)控和自我糾正。

對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和超聲波在更關(guān)鍵應(yīng)用（例如，醫(yī)療和汽車）中的使用的加強(qiáng)關(guān)注引起了對(duì)新一代焊接過(guò)程控制的關(guān)注。這些提供了廣泛的新功能，但最受關(guān)注的是不僅可以按時(shí)間進(jìn)行焊接，還可以按總能量、坍塌距離和絕對(duì)距離進(jìn)行焊接的能力。

無(wú)論你的超聲波機(jī)器有多么先進(jìn)，擁有多少功能，首要原因就是獲得更一致的焊縫。他指出，特定部件對(duì)各種焊接方法的反應(yīng)不同。在汽車、醫(yī)療和其他要

求嚴(yán)苛的行業(yè)，使用先進(jìn)的控制對(duì)于滿足嚴(yán)格的質(zhì)量要求至關(guān)重要。能夠在焊接方法之間進(jìn)行切換的功能有助于進(jìn)行故障排除。

高級(jí)控制確實(shí)成本更高。供應(yīng)商估計(jì)包含高級(jí)控制的設(shè)備的價(jià)格比具有基本定時(shí)器控制的設(shè)備高 50% 到 200%。為了保持成本一致，設(shè)備供應(yīng)商與客戶一對(duì)一合作，定制控制以提供適當(dāng)?shù)膹?fù)雜程度。

但懷疑者懷疑先進(jìn)控制的好處是否超過(guò)了額外成本。精簡(jiǎn)、基于時(shí)間的焊接控制的供應(yīng)商表示，昂貴的高級(jí)控制需要訓(xùn)練有素的操作員，因此可以保持未使用狀態(tài)，這意味著投資浪費(fèi)。甚至這些控制的支持者也承認(rèn)，許多處理器不知道如何利用高級(jí)控制功能。

時(shí)間控制

在按時(shí)間焊接方法中，焊頭下降，接觸零件，并建立觸發(fā)力。國(guó)產(chǎn)超聲波焊接機(jī)大多采用單純時(shí)間控制模式進(jìn)行控制，但具有非常高的性價(jià)比。在這一點(diǎn)上，超聲波焊接開(kāi)始并在被認(rèn)為必要的指定時(shí)間內(nèi)保持，以確保正確連接。預(yù)設(shè)時(shí)間過(guò)去后，超聲波活動(dòng)結(jié)束，并且焊頭縮回。保持時(shí)間可以用類似的方式控制。

大多數(shù)超聲波焊接應(yīng)用中仍使用按時(shí)焊接，但它通常無(wú)法滿足嚴(yán)格的質(zhì)量和責(zé)任標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)問(wèn)題是確定達(dá)到給定焊接強(qiáng)度所需的確切時(shí)間。當(dāng)零件包括復(fù)雜的幾何形狀或由能量吸收特性難以預(yù)測(cè)的陌生材料或混合物制成時(shí)，這尤其困難。

“按時(shí)焊接忽略了零件不同的事實(shí)，”一位行業(yè)專家說(shuō)，這種基本方法無(wú)法針對(duì)在多腔工具的不同腔中制造的零件的變化或零件表面狀況的變化進(jìn)行調(diào)整。這些和其他因素往往會(huì)破壞焊接時(shí)間和焊接完整性之間的任何相關(guān)性。作為一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，按時(shí)焊接也無(wú)法驗(yàn)證焊接精度或診斷問(wèn)題。

幸運(yùn)的是，1990 年代轉(zhuǎn)向基于微處理器的控制創(chuàng)造了新的可能性。焊接周期不僅可以按時(shí)間設(shè)置，還可以按總能量、相對(duì)塌陷距離和絕對(duì)距離設(shè)置。這意味著第一次可以抵消或至少最小化零件差異的影響。

通過(guò)允許用戶以多種焊接模式進(jìn)行操作，先進(jìn)的控制功能使機(jī)器（而不是零件變化）控制了獲得高完整性焊接的要求?！?當(dāng)使用替代閉環(huán)焊接方法時(shí)，允許實(shí)際焊接時(shí)間“浮動(dòng)”。在許多應(yīng)用中（通常是由于不明顯的原因），事實(shí)證明，替代焊接方法在創(chuàng)建牢固、一致的焊縫方面比按時(shí)間焊接更好。

替代方案如何運(yùn)作

按時(shí)間焊接的缺陷促使設(shè)備供應(yīng)商開(kāi)發(fā)替代方案，其中一種是按能量焊接（圖 2）。在這種方法中，焊接進(jìn)行到一定水平的總能量（焦耳）被焊接接頭吸收的程度。由于能量等于功率（瓦特）乘以時(shí)間，因此控制器的作用之一是提高或降低焊接時(shí)間，以確保焊接處吸收的能量保持恒定。

然而，事實(shí)證明，在保證焊接完整性方面，將一定水平的總能量放入焊縫并不比時(shí)間好。功率輸入的波動(dòng)不可避免地會(huì)影響超聲波焊接系統(tǒng)，盡管供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)計(jì)了糾正裝置以將其最小化。更重要的是，杜肯公司（Dukane Corp.）的研究表明，在整個(gè)焊接系統(tǒng)（喇叭，換能器和固定裝置）上發(fā)生了大而不規(guī)則的能量損失。此外，不可能容易地校正這些變量。然而，雖然恒定能量輸入和一致焊接之間的相關(guān)性是微弱的，但有時(shí)逐能量焊接是有效的。

Sonobond Ultrasonics 的副總裁 Kyle Kimbro 引用了一個(gè)醫(yī)療一次性用品成型商的例子，該公司很難將模具連接到壁厚不一致的管道上。Kimbro 說(shuō)，事實(shí)證明，能量焊接在處理管材的各種變化和彎曲輪廓方面最為有效。

最近，隨著能夠進(jìn)行高精度距離測(cè)量的設(shè)備的出現(xiàn)，按距離焊接方法變得可行。這些稱為線性編碼器，現(xiàn)在通常由供應(yīng)商集成到他們的高級(jí)控制中。這使得距離成為許多應(yīng)用中的首選方法。

在按塌陷距離進(jìn)行焊接時(shí)，線性編碼器記錄焊頭與零件之間的接觸，并將其作為測(cè)量焊接距離的參考點(diǎn)（圖 3）。設(shè)置觸發(fā)力后，只要焊頭行進(jìn)預(yù)設(shè)距離，就會(huì)啟動(dòng)超聲波焊接。這應(yīng)該意味著無(wú)論零件如何變化，每個(gè)循環(huán)都會(huì)導(dǎo)致相同的焊接深度、相同的熔體體積和相同的塌陷距離。根據(jù)需要，允許焊接時(shí)間變化或“浮動(dòng)”。相信這種方法產(chǎn)生準(zhǔn)確且可重復(fù)的焊接完整性。

通過(guò)塌陷距離進(jìn)行焊接是“首選方法”，稱它本身就可以完全補(bǔ)償零件的變化。他的公司圍繞這種方法設(shè)計(jì)了最新的控件，稱為“深度RPN”（參考點(diǎn)數(shù)字）控件。

最后一種主要的焊接方法是絕對(duì)距離焊接。同樣，當(dāng)喇叭接觸零件時(shí)，這使用線性編碼器來(lái)創(chuàng)建參考點(diǎn)。但是在這種情況下，焊接會(huì)繼續(xù)進(jìn)行，直到編碼器檢測(cè)到已達(dá)到完全組裝零件的特定尺寸（通常是高度）為止。對(duì)于所有焊接零件，結(jié)果是相同的高度（或其他尺寸）。

價(jià)值觀念的沖突

供應(yīng)商對(duì)當(dāng)今復(fù)雜的超聲波焊接控制的評(píng)估相互矛盾。許多供應(yīng)商對(duì)此充滿熱情，但其他人認(rèn)為復(fù)雜的控制，包括那些以多種模式運(yùn)行的控制，太不可靠、難以使用，而且最重要的是成本高昂，無(wú)法證明在少數(shù)高端市場(chǎng)之外使用它們是合理的。

“在塑料連接 22 年中，我很少看到無(wú)法使用基于時(shí)間的控制進(jìn)行焊接的應(yīng)用，”一位專家說(shuō)。該公司是 Branson Ultrasonics 制造的 S8400 和 S8700 型焊機(jī)的獨(dú)家經(jīng)銷商，這些焊機(jī)僅配備了按時(shí)焊接控制。

在某些情況下，高端控制是合理的，例如 OEM 需要關(guān)鍵或受監(jiān)管（例如醫(yī)療）部件的詳細(xì) SPC 數(shù)據(jù)。但他表示，在絕大多數(shù)應(yīng)用中，基于時(shí)間的控制是最佳選擇?！叭绻牒附泳郾揭蚁┩婢摺⒚芊?PVC 翻蓋或?qū)⒙菁y插入件放入商用機(jī)器中，那么您無(wú)法擊敗 [按時(shí)間焊接] 設(shè)備，”

在他訪問(wèn)美國(guó)眾多塑料加工車間時(shí)，他發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的超聲波焊接控制通常以基于時(shí)間的模式使用，而且它們昂貴的附加功能很少被利用。

他還聲稱，更復(fù)雜的控制裝置維修成本更高，并且需要外部技術(shù)人員。這些控件的用戶手冊(cè)往往很復(fù)雜，通常需要對(duì)操作員進(jìn)行培訓(xùn)才能充分利用新控件，從而進(jìn)一步增加了成本。

行業(yè)專家一致認(rèn)為，基本的按時(shí)焊接控制可以充分滿足 80% 的潛在超聲波焊接工作。

超聲波焊接仍然是藝術(shù)而不是科學(xué)。他說(shuō)，焊接過(guò)程的外部因素，例如材料成分，對(duì)焊接性能的影響與控制一樣大。鑒于經(jīng)驗(yàn)仍然是焊接成功的關(guān)鍵，恒波超聲波資深工程師Mr   LI 說(shuō)他公司經(jīng)濟(jì)高效的 自動(dòng)頻率控制系統(tǒng)可以滿足80%大多數(shù)市場(chǎng)需求。

當(dāng)然使用先進(jìn)焊接控制的好處體現(xiàn)在更高的焊接率、更少的廢品率、更低的廢品率，并最終獲得更好的零件質(zhì)量和更快樂(lè)的客戶。這也是沒(méi)有任何異議的。

結(jié)論：

我們認(rèn)為，傳統(tǒng)的時(shí)間控制模式加上我公司（恒波超聲波的自動(dòng)頻率及振幅控制系統(tǒng)），完全可以滿足現(xiàn)實(shí)85%以上的情況。我們?cè)谒芰铣暡ê附訉?shí)際應(yīng)用中有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，長(zhǎng)達(dá)20年的行業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，熱情為你提供超聲波技術(shù)咨詢服務(wù)。