【超聲波金屬焊接】分析自動(dòng)化焊接設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)前景

　　1 、超聲波焊接基本技術(shù)

　　超聲波焊接是利用高頻振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個(gè)物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。

　　超聲波焊接通過(guò)超聲波發(fā)生器將 50/60 赫茲電流轉(zhuǎn)換成 15、20、30 或 40 KHz電能。被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過(guò)換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨后機(jī)械運(yùn)動(dòng)通過(guò)一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動(dòng)能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動(dòng)能量被通過(guò)摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將塑料熔化。超聲波不僅可以被用來(lái)焊接硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜。

　　線(xiàn)性振動(dòng)摩擦焊接利用在兩個(gè)待焊工件接觸面所產(chǎn)生的摩擦熱能來(lái)使塑料熔化。熱能來(lái)自一定壓力下，一個(gè)工件在另一個(gè)表面以一定的位移或振幅往復(fù)的移動(dòng)。一旦達(dá)到預(yù)期的焊接程度，振動(dòng)就會(huì)停止，同時(shí)仍舊會(huì)有一定的壓力施加于兩個(gè)工件上，使剛剛焊接好的部分冷卻、固化，從而形成緊密地結(jié)合。

　　軌道式振動(dòng)摩擦焊接是一種利用摩擦熱能焊接的方法。在進(jìn)行軌道式振動(dòng)摩擦焊接時(shí)，上部的工件以固定的速度進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)——向各個(gè)方向的圓周運(yùn)動(dòng)。

　　運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生熱能，使兩個(gè)塑料件的焊接部分達(dá)到熔點(diǎn)。一旦塑料開(kāi)始熔化，運(yùn)動(dòng)就停止，兩個(gè)工件的焊接部分將凝固并牢牢的連接在一起。小的夾持力會(huì)導(dǎo)致工件產(chǎn)生最小程度的變形，直徑在 10 英寸以?xún)?nèi)的工件可以應(yīng)用軌道式振動(dòng)摩擦進(jìn)行焊接。

　　2 、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　塑料超聲波焊接技術(shù)最早在 1956 年由美國(guó)人瓊斯等人提出，60 年代美國(guó)、瑞士、日本以及英國(guó)等國(guó)便開(kāi)始研究這種焊接技術(shù)并開(kāi)始投入實(shí)際應(yīng)用。利用超聲波能量焊接熱塑性塑料在國(guó)外已經(jīng)有四十多年的歷史。近十幾年來(lái)，隨著塑料大量應(yīng)用于實(shí)際工程和日常生活、基礎(chǔ)電子工業(yè)的發(fā)展以及大功率換能器的研制成功，超聲波塑料焊接行業(yè)逐漸發(fā)展起來(lái)。

　　隨著塑料工業(yè)迅猛發(fā)展，塑料焊接技術(shù)水平的日益提高和超聲波塑料焊接機(jī)的不斷改進(jìn)，超聲波焊接塑料的應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣泛。應(yīng)用、推廣超聲波塑料焊技術(shù)卓見(jiàn)成效的國(guó)外企業(yè)有美國(guó) Branson 公司、美國(guó)聲能器材公司、日本海上電機(jī)株式會(huì)社、松下電器、德國(guó) KLN 公司等等，其中尤為突出的要數(shù)美國(guó)的 Branson公司。他們 1961 年起運(yùn)用開(kāi)發(fā)制造成的塑料焊接機(jī)及已積累的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在電子、汽車(chē)、電器、玩具、家庭用品、包裝、紡織及一般塑膠行業(yè)實(shí)現(xiàn)了多種熱塑性塑料的超聲波焊接。

　　隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，超聲塑料焊接機(jī)近 10 年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅速，我國(guó)已有幾十家研制超聲波塑料焊接機(jī)的單位，大部分集中在珠三角、江浙滬一帶，部分單位是獨(dú)資或合資企業(yè)，目前部分單位已研制出新一代微機(jī)控制的超聲波塑料焊接機(jī)，各種焊接參數(shù)能自動(dòng)設(shè)定，大大的提高了焊接質(zhì)量。隨著功率合成技術(shù)發(fā)展，目前大功率超聲波塑料焊接機(jī)也已研制成功，并被應(yīng)用于大尺寸塑料件的焊接中。

　　隨著汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，為了滿(mǎn)足日益變化的市場(chǎng)和個(gè)性化需求，降低成本，提高生產(chǎn)效率，汽車(chē)制造企業(yè)在引進(jìn)加工中心、工業(yè)機(jī)器人、快速成形設(shè)備、自動(dòng)焊接、納米加工等新設(shè)備、新手段方面已有了長(zhǎng)足進(jìn)步。超聲波塑料焊接技術(shù)就早已在德國(guó)“大眾”、美國(guó)“通用”的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上得到廣泛應(yīng)用，我國(guó)的上汽集團(tuán)、北京汽車(chē)等生產(chǎn)廠家也在廣泛采用這項(xiàng)新技術(shù)，但國(guó)內(nèi)目前的超聲波焊接研究水平與國(guó)外相比還有很大的差距，還須加大力度研究開(kāi)發(fā)超聲波塑料焊接設(shè)備，推動(dòng)超聲波焊接技術(shù)在國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造業(yè)中進(jìn)一步發(fā)展。

　　3 、超聲波塑料焊接原理及主要組件

　　超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生每秒幾萬(wàn)次的高頻振動(dòng)，這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng)，通過(guò)上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差，一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，達(dá)到焊接的目的，焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。

　　一套超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯(lián)組，模具和機(jī)架 。

　　4、超聲波塑料焊接優(yōu)點(diǎn)

　　超聲波塑料焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)焊接速度快，焊接強(qiáng)度高、密封性好;(2)取代傳統(tǒng)的焊接/粘接/熱熔焊接工藝，成本低廉，清潔無(wú)污染且不會(huì)損傷工件;(3)焊接過(guò)程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)均可通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)故障很容易進(jìn)行排除和維護(hù)。

　　5 、超聲波焊接應(yīng)用市場(chǎng)及前景

　　超音波金屬焊接憑借其特有的快捷、高效、清潔和牢固等優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)相關(guān)行業(yè)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。

　　(1)汽車(chē)飾件制造行業(yè)：超音波焊接設(shè)備可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制來(lái)實(shí)施對(duì)大件和不規(guī)則工件的焊接如：保險(xiǎn)杠、前后門(mén)、燈具、剎車(chē)燈等。隨著高等級(jí)道路的發(fā)展，反光片也越來(lái)越多的采用超聲波焊接。

　　(2)家電制造行業(yè)、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品制造行業(yè)：通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可用于：手提日光燈罩，蒸氣熨門(mén)、電視機(jī)外殼、收錄音機(jī)透明面板、電源整流器、電視機(jī)殼螺絲固定座、減蚊燈殼、洗衣機(jī)脫水槽等需要密封、牢固和美觀的家電產(chǎn)品和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。

　　(3)包裝業(yè)：軟管的封口，特殊打包帶的連接。

　　(4)玩具業(yè)：采用超音波技術(shù)可使產(chǎn)品清潔、高效、牢固，免除使用螺絲、粘合劑、膠水或其他輔助品，能夠降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　(5)電子行業(yè)：運(yùn)用自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)使用戶(hù)達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)確保產(chǎn)品之品質(zhì)需求。

　　(6)其他商業(yè)用途： 從通訊器材、電腦行業(yè)、打印設(shè)備到音像制品等，均可采用超音波焊接設(shè)備。