超聲波焊接操作規范

?onum"廣東新寶電器股份有限企業

作業指導書

文獻名稱:超聲波焊接工藝原則

文獻編號:71-02-WI-003

生效日期:2011年06月15日

版本號:A

合用范圍:所有超聲波熔接作業

受控正本受控副本

彭志云

保密等級：內部

文獻制定/修改狀況記錄

編寫/

版次修改內容審核同意修改日期

修改人

A首版彭志云2011-06-15

1目的：

建立超聲波焊接工藝原則，為各分企業超聲波焊接作業及超聲波焊接工藝調整、超聲波焊接關鍵工序的管理提供

理論指導，從而規范各分企業超聲波焊接作業，保證超聲波焊接產品品質，提高生產效率。

2合用范圍：

合用于各分企業所有超聲波焊接作業。

3人員規定：

3.1超聲波焊接崗位作業人員上崗條件必須滿足：

初中以上學歷，入職1個月以上口勺員工。

工作態度積極，有上進心并有較強H勺學習能力，有長期為企業服務的意愿。

3.2員工必須通過理論知識和實際操作培訓并經考核合格，獲得該關鍵崗位上崗資格證后方可正式上崗。

3.2.1超聲波焊接工序作業人員上崗前要進行理論知識口勺培訓，培訓重要內容包括：一線超聲波焊接員工對焊接原

理，焊接過程，焊接措施，焊接質量時評估等；并現場指導員工操作，教會員工詳細的操作環節；對作業產

生的不良品的辨別及處理措施等；最終是對員工進行本工序其他規定培訓：廠牌要與上崗證配套使用，關鍵

工位標識牌的對的配戴，作業指導書的識別，關鍵工序町的張貼等，并安排對所培訓的內容進行詳細的實際

操作

上崗證

3.2.2IE部對通過關鍵工序上崗資格培訓的人員，根據人員實際所具有的有關條件及培訓成果如實填寫《關鍵工序

上崗資格評估表》并建立檔案，作為關鍵工序上崗的考核根據。

4設備認識：

4.1什么是超聲波焊接

超聲波焊接是一種快捷，潔凈，有效的裝配工藝，用來裝配處理熱塑性塑料配件，及某些合成構件的措施。目

前被運用的塑膠制品與之間的粘結，塑膠制品與金屬配件的粘結及其他非塑膠材料之間口勺粘結！它取代了溶劑

粘膠機械結實及其他的粘接工藝是一種先進的裝配技術！超聲波焊接不僅有連接裝配功能并且具有防潮、防水

的密封效果

4.2超聲波焊接的長處

.節能環境保護

.無需裝備致煙散熱的通風裝置

.成本低,效率高

4.2.4.輕易實現自動化生產

.焊接強度高，粘接牢固

.焊點美觀，可實現無縫焊接，防潮防水，氣密性好

超聲波焊接機重要由如下幾種分構成：發生器、氣動分、程序控制分、換能器分。

發生器重要作用是將工頻50Hz的電源運用電子線路轉化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。

壓力表

壓力司整

延遲時間銅安一同化8t同翎箜

4劫

熔接時冏例史—手功?卜*收處&

速算開關

上升速度5整，

計數及

下降速逼51t

N

I

C

L

做著把苧E

決星盤

水平埸綠

■文楮桿

及我指示燈

±<

電綠找示燈

電處開關

機及內部拿件田

一?&橄慘女

一**檢河

M低開關

續格下降燥接下降

6止上升

5超聲波焊接的工作原理:

超聲波焊接裝置是通過一種電晶體功能設備將目前50/60HZ的電頻轉變成20KHz或40KHz的電能高頻電能，供應

給轉換器。轉換器將電能轉換成用于超聲波的機械振動能，調壓裝置負貨傳播轉變后的機械能至超聲波焊接機口勺焊頭。

焊頭是將機械振動能直接傳播至需壓合產品的一種聲學裝置！!

振動通過焊接工作件傳給粘合面振動磨擦產生熱能使塑膠熔化，振動會在熔融狀態物質抵達其介面時停止，短

暫保持壓力可以使熔化物在粘合面固化時產生個強分子鍵，整個周期一般是不到一秒種便完畢，不過其焊接強度卻

靠近是一塊連著的材料。

如下圖所示，振動能量從焊頭傳遞到工件，工件之間的摩擦產生的熱量將工件熔接面熔化，從而焊接成一體。

焊頭

HORNH

na

6超聲波熔接技術的應用:

6.1鐘接-Staking

原則鉀接方式-StandardProfileStake

圓蓋鉀接方式-DomeStake

咬花成型鉀接方式-KnurledStake

平頭鐘接方式-FlushStake

中空卸接方式TlollowStake

高壓抑接方式-HighPressureStake

埋植-Insertion

成型-Swaging/Forming

J一

切除-Degating

7超聲波熔接合用的材料

由超聲波的工作原理我們可以懂得，超聲波的實際功率并不大，工作時間短，因此產生的熱量有限，因此一般只

合用于某些熔點較低（400℃如下）日勺材料。重要以熱塑性的聚合物即塑料為主。我們重要理解一下多種塑料日勺熔接特

性。一般來說，聚合物的熔點越高，其焊接所需的超音波能量越多。材料的硬度對其與否能有效傳播超音速振動是很

有影響的。總的說來，愈硬的J材料其傳導力愈強。

7.1塑料熔接特性

材料塑料熔接特性

ABS丙烯晴丁二烯質輕，兼具韌性，剛性與耐化學品性，用途廣泛，熱性佳，尤其適合超聲波溶接無論近距離或遠距離熔接，均

苯乙烯共聚物可得到良好效果。

Acrylics硬度大、耐沖擊、不受酸之作用，有高度光學明晰性，著色性良好，常用于汽車尾燈、儀表板、獎章、水龍頭

壓克力把手等。用于超聲波熔接時，須注意衰明度問題，就易熔接。

Acetal抗張及耐壓強度高，耐磨性佳，最具強韌及彈性，常用作拉練、螺絲、軸承、滾筒、廚房用品等，因磨擦系數

縮醛低，用超聲波熔接時需高振動幅度及較長的熔接時間。

Celluloeics抗張及耐壓強度高，耐磨性佳，最具強韌及彈性，常用作拉練、螺絲、軸承、滾筒、廚房用品等，因磨擦系數

酯酸纖維性物質低，用超聲波熔接時需高振動幅度及較長的熔接時間。

Noryl

超聲波振動時材質易變化變色，接觸面不易吸取能量，熔接較困難。

聚苯健

Nylon

性極韌、電性佳、絕緣度高，常用為電子零件等。因熔點高，所需熔接時間長，振幅高。難于焊接.

尼龍

PC.材質強韌，耐磨損，摩擦系數極低，耐酸，常用作軸承、齒輪、管子、廚房用品、毛刷等。用超聲波熔接時，

聚碳酸脂因熔點高，所需熔接時間長，熔接前先經烘乾會較易熔接。

HiglDensityPE

高密度聚乙烯比重小，在低溫及室溫下富柔曲性，防水、防蝕、可制成多種顏色。價格低的產品，常用于皿盤、封裝薄膜、

LowDensityPE軟水管、奶瓶、軟繩等。密度越高越適合于超聲波熔接。

低密度聚乙烯

GeneralpurposePS

一般聚苯乙烯

PS

聚苯乙烯____________比重輕，對水及化學物之抗蝕性強，安定、絕緣性佳，尤其適合于射出及押出成形。常用于玩具、裝飾品、孟

Impact20-30%glass洗設備、盤子、透鏡、浮動輪等的制造。由于彈性系數高，無論是近正離或遠距離的超聲波熔接均極適合。

FilledPS

耐沖擊玻纖強化聚苯

乙烯

比重輕，有良好絕緣性，強度高，能耐熱及化學劑的侵蝕，抽絲后可制繩綱等織品。制品有玩具、行李箱、音

UnmodifiedPP

響外殼、電氣絕緣物、食品包裝等。本材質因彈性系數低，易衰減聲波振動，幫遠距離熔接需注意其效果，較難

聚丙烯

于焊接。

PVC電性佳，耐弱化學品，低溫性佳，具難燃性，常用于多種合成皮軟管、膠膜等，材質柔軟，易衰減音波振動，

聚氯乙烯熔接面易劣化。

Polyster

熔接能量大

聚酸脂

Polysulfone質硬、強度大、具韌性、長期受熱不影響其電性能，常用為電視機零件護蓋、馬達零件等。因熔接點高，需較

聚碉高之能量熔接。

Polyphenylene

Qxide(ppo)耐熱與耐濕性，耐化學品，天性蒸汽，常用作端子、轉子、外殼、葉輪和管件等，熔點高，需較高之能量熔接。

聚氧化二甲苯

Phenoxy

性韌、富延展性、熱安定性，熔點高，需較高之能量熔接。

苯氧樹脂

SAN

拉伸強度及壓縮強度高，常用為盤管薄壁零件、打字機帶卷軸，超聲波熔接效果好。

聚乙烯丙烯晴

ABS/亞苯

熱塑性塑料A聚丙T纖維氟尼聚熱

聚碳丙烯基?氧聚酰

素

酸酯酸系化物胺-酰

超聲波焊接的B甲烯(CA,聚龍碳塑

合金多元為主亞胺

相容性示例圖表S（賽醛府共聚烯?苯CAB,合日勺樹（托酸性

柯樂物乙CAP)物脂（諾郎）酯聚

800)烯里爾）酯

ABS■■■O

ABS/聚碳酸酯

合金（賽柯樂

800）■■O■

聚甲醒■

丙烯脯■O■OOO

丙烯酸系多元

共聚物OO■

丁二烯-苯乙烯■

纖維素

(CA,CAB,CAP)■

氟聚合物■

尼龍■

亞苯基-氧化物

為主的樹脂

（諾里爾）O■O

聚酰胺-酰亞胺

（托郎）■

聚碳酸酯■0O■

熱塑性聚酯■

聚乙焰

聚甲基戊烯

聚苯硫

聚丙烯

聚苯乙烯O0■

聚碉O

聚敏乙烯O

SAN-NAS-ASAO0O0

黑方塊的體現兩種塑料的相容性好，輕易進行超聲波焊接；圓圈體現在某些狀況下相容，焊接性能尚可;

空格體現兩種塑料相容性很差，不易焊接。

表中所列僅供參照，由于熟知的變化可導致成果略有差異.

7.2.超聲波焊接面設計

HORNHOANHOWNMORNHORN

▼

□□1111

愈用甘生接跟B凸楷41之統計*憚出航母計

HOANWOONHOftN

**形水、丸?之效計

HORN

熔林前去璟波布綠排彼善璟保把排彼出墓保

再饒片排?位了或德住了被瑞

8.1氣壓我們可以通過調壓閥來調整，一般來說氣壓越大，能量越大

8.2下降速度超聲波熔接機上有對應的旋鈕，一般來說，下降速度越大能量越大

8.3頻率超聲波熔接機器均有固定的頻率，頻率越大，能量越大

8.4振幅振幅的變化原因比較多，就?般來說，振幅的調整可以通過調幅器和焊頭的設計來抵達

8.5時間我們可以調整焊接機的焊接時間，時間越長，焊接的能量越大

8.6保壓時間保壓時間是在塑料熔化之后的保持氣壓的時間，時間越長，形成的焊點越穩定，變形越小

熔接能亭吧ding巴crgy

Energy=PowerXTime

能量=功率X畤^

FactorsofPower

功率的要素

ForceVelocity

施力一速率

ForcecanbevariedFactorsofvelocity

bychangingare

改建順執涵素是…速率的要素是…

PressureDownspeedFrequencyXAmplitude

下降速度IS率蝌

8.7影響超聲波熔接能量的原因（頻率）

換能器Converter

作用:將電能轉換成機械能

構成:陶瓷晶片和傳動頭

原理:電流通過換能器，令換能器內產生電磁振蕩，再通過壓電陶瓷片，令壓電陶瓷片產生振動，振動通過金屬頭，傳

到調幅器

表面振幅：20KHz=0.02mm

30KHz=0.015mm

40KHz=0.01mm

9超聲波熠接機參數調校_________________________________

調幅器選擇焊頭調諧

焊頭一工件——底模之間的校準

調整：行程速度

下降時間機械式止動器

調整：焊接壓力

焊接時間保壓時間

被焊工件

負載監控表

過載時候工件日勺檢查或試驗

壓力較高

欠佳良好

減低下降速度

減少動力觸發值

用較低比例H勺調幅器

焊接不充足

增長焊接時間和壓力

采用更高比例的調幅器參數記錄

使用功率更大的焊機

焊接過度

?減少焊接時間或減少壓力-----------

采用較低比例的調幅器

9.1調幅器的選擇

焊接面積——面積越大,需要振幅越高。

工件材料——PP/PE/尼龍等較難焊口勺晶型樹脂，需要的振幅較高。

工件構造——工件有細長的柱子或薄片等輕易振裂的，應采用較弱H勺振幅。

能源供應部份必須調諧得與換能器、調幅器、焊頭的每種組合相配合

正常狀況；測試時，負載表的讀數應少于204

異常狀況：負載不不大于20%

應檢查：A焊頭與否鎖緊？

B連接螺桿與否完好？

C連接面與否清潔？

D焊頭與否有裂痕（用油涂于表面，測試音波時，可見到裂痕位置）

9.2對位與行程

對位

.1焊頭、工件與底模之間的對位。

.2工件放于底模，將氣壓放掉，焊頭用力往下拉，對準接觸面。

.3然后將底模在底板上固定好。

行程

.1以以便取放工件為宜

.2牢記不能將焊頭直接接觸底模或底板的金屬等硬質材料，很也許會導致換能器的破壞。

9.3壓力

9.3.1壓力過低,會延長焊接時間,使工件表面產生疤痕或質量不佳。

9.3.2壓力過高,會使工件破裂，使界面結合欠佳,甚至過載,而終止超聲。

9.4焊接時間與保壓時間

9.4.1過長的焊接時間,會產生飛邊或質量下降,尤其是嚴格密封的場所下,更要注意，

9.4.2過長的焊接時間，會使工件偏離焊接區、表面熔化或破裂，尤其是有孔部位、模合線上或頭角處。

9.4.3一般0.3S~0.5S,在有彈力裝置、材料熔點高或材料有彈性時，要加大保壓時間。如：PP/PE等。

9.5動力觸發器

用來控制超聲波發出的時間

旋鈕刻度為023,刻度越大,壓力越大，范圍671r734N

除非要克服變形或需要壓縮（彈簧、膜片、密封件）的元件，

使用較高的觸發壓力外，一般都使用較低"勺觸發壓力1~5

9.6一般開始參數

設置時，一般由小到大的原則

每次調整一種參數

壓力表:20Mpa觸發壓力：05kg/cm2

焊接時間：0.5S下降速度：1S~5s

保壓時間：IS

9.7組件功用闡明

延遲時間設定：調整開始發振時間，在限制開關動作后（T9.99秒開始發振。

熔接時間設定：調整熔接時間長短，在延遲時間終了發振0~9.99秒之范圍。

硬化時間設定：調整發振終了工作物熔接處冷卻定型時間在0~9.99秒之范圍。

計數器：工作循環次數記錄取，附有歸零壓扣。

調整及壓力表：工作壓力之指示及調整壓力用。

聲波調整：調整振動子系與發振回路之共振匹配，使轉換效率抵達理想。

振幅表：顯示聲波空載或負載工作之振幅強弱。

電源開關及燈：電源開關之控制，及指示開路之信號。

選擇開關（自動/手動/聲波檢查）：自動或手動之選擇，及作聲波空載檢視之按紐。

聲波出力調整紐：聲波出力段數之設定用，廣2段為一般使用，3飛段為強力輸出用。

聲波過載燈：顯示聲波過載之不正常，需做聲波調整，至過載燈不會顯示為止。

頻率指示：調試機器時做機器頻率顯示。

焊頭：傳動振動能量于工作物之上，使之熔接。

上升/下降緩沖調整：調整孔位于機臺側面可合適調整，使升降慣性適中。

下降速度調整：調整合理合適之下降工作速度用。

熔接位置視窗：檢視正常熔接時焊頭壓附工作物之狀況。

最低點微調螺絲：在熔接熔化塊，或外形尺寸需精確時使用可限制汽缸之下降。

水平微調螺絲：調整此四支螺絲，可使焊頭平均壓附在工作物上。

輸出電纜及插座：聯接機體振動子系統與發振箱線路用。

控制電纜及插座：聯接機體控制單元與發振箱自動控制回路用。

接地螺母：電子回路之接地線連接用，漏電時之安全保障。

保險絲座：電子線路之過載保護。

9.8機器安裝法

將發振箱放置于機體附近操作員易于觀測及調整之處。

接地：將地線一端接地，另一端接于發振箱背面之接地旋鈕。

發振箱與機體聯接：將機體之輸出電纜插頭及控制電纜插頭接于發振箱插座及機體插座上。

接空壓源：將高壓氣壓管引清凈干燥之空壓源與熔接機體上空氣濾清器入口接頭以管束結合鎖緊。

接電源：發振箱背面之電源線及插頭，請接上AC220V,§60/50HZ電源。

9.9各調整及熔接前準備工作

裝焊頭

.1先將換能器(CONE)及焊頭(HORN)以及焊頭螺絲，以酒精或汽油擦洗潔凈，再將焊頭螺絲及換能

器，焊頭結合面抹上一層薄薄的黃油脂再將焊頭螺絲鎖于焊頭上。注意：換能器，焊頭之結合面若有損

傷時，振動之傳達效率會遞減，應謹保養。

.2再緊固4支焊頭水平調整螺絲，將換能器固定在其旋轉范圍之中間位置處。

.3把焊頭用手旋入換能器到不能回轉為止。

.4以焊頭鎖緊扳手焊頭旋緊(約300Kg/cm之扭力)，此時尤其注意不讓換能器旋轉，以防止轉梢扭斷。

(若發現旋轉則4支焊頭水平調整螺絲要再緊固些)。

10注鱉成型缺陷之熔接痕原則化處理方案

10.1熔體匯合時形成的接縫分熔合線(meldline)和熔接痕(weldline),熔合線H勺性能明顯優于熔接痕。一般而言，匯合

角不不大于135度時形成熔合線，不不不大于135度時形成熔接痕，如下圖所示。熔合線的性能明顯優于熔接痕，匯

合角對熔接縫的性能有重要影響，由于它影響了熔接后分子鏈熔合、纏結、擴散的充足程度，匯合角越大，熔接縫性

能越好。

圖L熔接痕和熔合紋的定義

10.2熔接痕H勺體現形式

熔接痕是注塑件口勺微弱環節，不僅影響制品的外觀，并且易于產生應力集中，影響制品的總體強度

圖2：熔接痕的實物外現

10.3熔接痕的評價規格

熔接痕一般是兩股熔體匯合時形成的表面刻痕，可以通過表面粗糙度計（如圖3）來測量，其評價規格可由熔接痕區I

深度（如圖4）來衡量（如圖5熔接痕質量的評價規格）.

衣面虛測量計

圖3：測量熔接線的表面粗糙度計

1234

WeldLine深度(jtzm)

圖4：測量獲得的熔接線深度圖5：熔接痕質量的評價規格

10.4熔接痕產生的原因及改善的時策

熔接痕的質量與人機料法環等原因均有直接或間接關系，關鍵是要把握影響的重要原因，并確定對的的改善措施。熔

接痕改良措施見下表:

熔接痕產生埃因改善對策

改善模具澆注系統的滯流現冢，擴大澆口、流道和注

流動性不隹射口，改善物料的流動性。

塑

添加補強科太多玻纖含量越高，熔接痕強度越低。玻纖長徑比噌加

時，熔接痕強度降低.

料

壁厚太薄或壁厚差異太大優化制品壁厚

制

波前匯合角太小.當波前匯合角小于135耶t，形成熔接戰，大于135附，

形成熔臺妓.熔接戰較之熔合戰，兩邊分子相互擴散

品

得少，品質較差.當遇合角在120倒1150。之間時，熔接

妓表面痕