超聲波焊接線設計
2018.06.07
超聲波塑料焊接原理，是利用焊接面接觸解離的沖撞效果所致的發熱，或利用施加于焊接面的交變正弦應力壓縮所致的發熱。此兩種理論目前尚無明確的結論。也可能是此兩種發熱效果同時發生。無論如何，總是此種發熱作用，使焊接面熔融而結合，所以塑料的超聲波焊接有時稱為超聲波熔著或超聲波接合。
超聲波能量的吸收因塑料材質而異，并非超聲波振動全體，而是局部發生選擇性發熱，例如，在硬塑料間夾吸收良好的硬質塑料或接著劑，可使硬塑料不大發熱即可焊接。傳達焊接時，超聲波在塑料中傳達到達接合面，在此引起發熱而焊接，在較硬塑料時，超聲波較易傳播。
塑料超聲波焊接原理示意圖
2.超聲波塑料焊接的特色
1.可經由水或油等異物焊接于焊接面
2.相對于其它焊接技術，超聲波可焊接所有熱可塑性塑料
3.焊接時間極短
4.作業簡單清潔，無污染環保問題
5.可達強固美觀焊接
超聲波焊接線結構設計
超聲波焊接時并不要求全體振動發熱，而是希望能選擇得性的在焊接部位發熱，超聲波焊接時，超聲波在塑料中傳達到設有導能角〈Energy Director〉的接合面，在此處發熱而焊接。超聲波所發出的能量可以極快速的傳導振動，但達到上蓋與下蓋的熔合狀況是不可能的，因為面與面的摩擦雖然可以藉由急速摩擦振動產生熱能，卻無法達到破壞端面材料分子結構進行熔合，主因在于導能點的設計與焊接參數的設定；沒有開設導能點，來以點破壞面的材質分子結構，便無法焊接。因此超聲波塑料焊接的接面機構設計，影響焊接的難易、焊接部外觀、加工精度、焊接強度及水、氣密性等。
超聲波導能點和接面設計需考慮的因素
1.必需為一縮小的接觸面，以利超聲波能量之集中傳輸，以達到不傷及表面且能快速焊接的效果。
2.固定部份之被熔物，需有足夠的支撐面，以便另一部份的自由振動來達到音波傳導摩擦生熱而熔接的效果。
3.要預留足夠的空間，讓熔融的材料流滯以防熔料外溢，而破壞產品美觀。
4.需水密和氣密的組件焊接，必需先考慮塑料材質，并給予特殊的接面設計。
5.焊頭（HORN）與加工物之接觸面（壓著面）需有適當的平面以免傷及表面。
6.導能點上方應有適當的壓著面，以利HORN直接壓著傳輸超聲波。
7.兩焊接物之接面不得設計過于緊密，而需是一吻合松弛的接面，否則是會影響焊接效果。
超聲波焊接結構設計
1.一般型
2.階梯型
3.剪力型
4.溝槽型
5.混合型
6.特殊型
階梯型超聲波焊接線設計
解決不易焊接的塑料材質─剪力型接面設計
半結晶性塑料材質的分子結構在固態時呈彈簧狀，其內部會吸收一部分的高頻機械振動能量，這使超聲波能量難以傳導至焊接面，因此這類塑料的焊接通常需要高振幅。熔點范圍狹小的結果是必須利用高功率的超聲波(高熔解熱)以破壞結晶結構，使材料流動。一旦熔化的材料流出加熱區域后，只要溫度些微下降即快速固化。因為這種特性, 以期達到滿意的焊接效果，所以需要采用特殊的導能點接面設計。
