卡尔·格拉夫博士是高功率超声领域的领先专家,包括传感器、应用和系统。他是爱迪生焊接研究所(Edison Welding Institute, Columbus, OH)的高级工程师,曾担任该组织的执行董事。他也是俄亥俄州立大学音速动力实验室的前负责人。ASSEMBLY最近请Graff博士解释金属和塑料超声波焊接的区别。

用超声波连接铝制零件的过程与用其他材料(如热塑性塑料)连接有什么不同吗?

超声波金属焊接工艺(无论是铝还是其他金属)根本不同的从焊接塑料中了解超声波能量(或振动)是如何传递到焊缝的,以及实际焊缝是如何创建的。

首先,超声波金属焊接通过与焊缝表面平行的横向振动将振动传递到该区域。超声波塑料焊接通过焊缝表面正常的纵向振动(即直角振动)将振动传递到该区域。

第二,超声波金属焊接通过表面的摩擦作用产生焊接,在不熔化材料的情况下形成固态结合。超声波塑料焊接是基于材料的熔化和融合(在某种意义上,像许多金属焊接过程,如电弧,电阻或激光),但在比金属熔合过程经历的温度低得多的温度。

将超声波振动传递到焊接区域有两种略微不同的方式:“横向驱动”和“楔形簧片”。虽然每个都选择了特殊的优点,但它们最终都以横向振动的方式将振动传递到焊缝区。

考虑到超声波金属焊接和塑料焊接的基本区别,我们就可以用同样的方法对所有的金属进行超声波焊接。Weld Arial在所有情况下都非常快——大约0.2到0.5秒。

用于超声波焊接金属和塑料零件的工装有什么不同?

尽管这些喇叭是根据相同的声学原理设计的,但它们将超声波振动传输到金属和塑料焊缝的形状却大不相同。超声波金属焊接和塑料焊接的基本驱动换能器非常相似,换能器和焊接工具之间的一些耦合角(通常称为助推器)也是如此。

大多数超声波金属焊接公司同时从事塑料和金属焊接,因为包括电源在内的许多基本技术都是相似的。然而,随着超声波金属焊接尝试迎接新的挑战,特别是焊接较厚的材料,金属和塑料焊接设备的差异将越来越大。

通常用于金属和塑料焊接的频率是高还是低?

大多数超声波金属焊机的工作频率为20千赫兹,类似于塑料焊机(也有40千赫兹的金属焊机)。在移动到更高的功率,它将不会奇怪看到一些频率下降,比如说15千赫兹,就像发生在塑料焊机。

使用超声波焊接零件时,终端用户会犯的最大错误是什么?

超声波焊接是基于声波和固态现象,而不是融合现象,所以用户可能不会花足够的精力去熟悉这种“动物”。确保建立一套良好、牢固的焊接程序是非常重要的。对于第一次使用的用户来说尤其如此,因为他们可能没有过去的经验来指导他们设置流程。

静态或夹紧力是超声金属焊接的一个非常重要的参数。人们必须意识到超声波焊接作用引起的整体部件振动。这些问题的控制在于夹紧和放置焊缝,以避免遇到共振条件。

用户可能会设置一个工作在尽可能低的力(可能是为了避免材料变形)的过程,而没有意识到过程是在那个参数的“不规则边缘”。然后,来料在表面光洁度、硬度或清洁度上的微小变化可能会使其“越过边缘”,导致没有或不好的焊接。当这种情况发生时,用户将面临一个以前从未使用过的(而且一开始就不太信任的)不能工作的新进程。然而,这在许多其他过程中并非不典型。