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超声波焊接工艺参数（一）
超声波焊工艺参数超声波焊接主要工艺参数有: 振幅 、焊接时 间 、保压时间 、焊接压力 、频率等 。 最佳焊接规范随待焊组件和所用的焊接设备而定 。 焊接参数的调节取决于零件的尺寸和刚度，尤其是焊头接触点和焊接接头之间的距离 。 焊接能力受到塑料传递超声振动能力( 且零件不受到损伤) 的限制 。
频率
超声波常用的频率有 20、30、40kHz ， 15kHz 常 用于半结晶性塑料 。20kHz 是最常用的超声波频 率，因为这一频率熔化热塑性塑料必需的振幅和 功率容易达到，但它可能产生大量难以控制的机 械振动，产生较少振动的较高频率( 40k Hz ) 是可行 的，一般用于焊接工程塑料和增强聚合物 。 高频 率焊接设备的优点包括: 噪声小 、 零部件尺寸小 、 增强零件保护( 由于减少循环应力和接头界面外 部区域不加选择的加热) 、 提高机械能量的控制 、 降低焊接压力 、 加快加工速度 。 缺点是由于零部 件尺寸小，功率容量降低及由于振幅降低，难以进 行远场焊接 。 较高频率超声波焊机通常用于焊接 小型 、 精密零件( 如电气开关) 及材料降解需较少 的零件 。 对于 15k Hz 的焊机能够快速焊接大部分 热塑性塑料，在大多数情况下，比 20k Hz 焊机焊接 时的材料降解少 。 用 20kHz勉强能焊的零件( 尤 其是那些由高性能工程树脂加工成的) ，用 15k Hz 能有效地焊接 。 在较低频率下，焊头有较长谐振 长度，在所有维度可以做得更大 。 采用 15k Hz 的 另一重要优点是同使用较高频率相比，大大降低 了超声波在塑料中的衰减，允许焊接更软的塑料 及更大的远场距离 。
振幅
成功焊接取决于焊头端部的适当振幅 。 对于所有变幅杆 / 焊头组合，振幅是固定的 。 根据待焊材料选择振幅以获得适当程度的熔化 。 一般说来，半结晶性塑料与非结晶性塑料相比需更多的能量，因此需更大的焊头端部振幅 。 现代超声波焊接机上的过程控制允许分阶 。 高振幅用于开始熔化，低振幅用以控制熔化材料的粘度 。 增加振幅会改善剪切接头设计零件的焊缝质量 。 对于对接接头而言，随着振幅的增加，焊缝质量提高且焊接时间减少 。在用导能筋的超声波焊接中，平 均 热 耗率 ( Qavg ) 取决于材料的复合损耗模量( E’’ ) 、 频率 ( ω ) 和作用应变( ε0 ) :
热塑性塑料的复合损耗模量与温度密切相关 。 在达到熔点或玻璃化转变温度时，损耗模量增加，更多的能量转化为热能 。 在加热开始后，焊接界面处的温度急升( 达 1000℃ /s ) 。 作用应变与焊头的振幅成正比，所以可以通过改变振幅来控制焊接界面的加热 。 振幅是一个控制热塑性塑料挤压流动速率的重要参数 。 高振幅时，焊接界面加热速度较高，温度上升，熔化材料流动速度较快，导致分子取向增加，产生大量飞边及焊缝强度 较低 。 高振幅对于开始熔化是必需的 。 太低的振幅产生不均匀的开始熔化和过早的熔体凝固 。 当增加振幅时，更大量的振动能量消耗在热塑性塑料中，待焊零件承受更大应力 。 在整个焊接循环过程中振幅恒定时，通常采用的是对待焊零件不至于产生过量损害的最高振幅 。 对于结晶性塑料如聚乙烯和聚丙烯，振幅的影响比非结晶性塑料如 ABS 和聚苯乙烯要大得多 。 这可能是由于结晶性塑料的熔化和焊接需要更多的能量 。 振幅可以机械调节( 通过更换变幅杆或焊头) 或者电气调节( 通过改变提供给换能器的电压) 。 在实践中，较大振幅调节采用机械方式而微调用 的是电气方式 。 高熔点材料 、 远场焊缝及半结晶 性塑料通常需要比非结晶性塑料和近场焊缝更大 的振幅 。 非结晶性塑料典型的总振幅范围是 30 － 100μm ，而结晶性塑料为 60 － 125μm。 振幅分阶 ( amplitude profiling ) 能够实现良好的熔体流动和 一致的高焊缝强度 。 对于组合的振幅和力分阶， 高振幅和作用力用于开始熔化，然后振幅和作用力下降以降低沿焊合线的分子取向 。
