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常见的超声波焊接问题列表?

作者:管理员   时间:2020-07-29 16:44  来源:未知   浏览:

解决常见的超声波焊接问题确实是个老生常谈的话题。有些朋友打电话过来咨询有关超声波焊接问题,所以把经常遇到的问题汇总一下,与大家分享,欢迎大家参与讨论。


常见的超声波焊接问题出现在四个方面:
  

1.设备问题:超声波焊接设备或各种被焊接元件不适合使用某种频率的焊接设备。

2.参数问题:使用的焊接过程参数不适用正在焊接的零件。

3.材料问题:零件中使用的材料的类型、组成或物理/机械特性发生了变化。

4.设计问题:零件几何形状的某些细节不适合重复或成功地焊接。

     
      下面就从这四个方面进行分析:先从第1点设备问题说起。一个潜在因素是设备故障。设备故障很少在没有警告的情况下发生。一个明显的案例是焊接机工作时产生的噪音的变化。有经验的操作人员和维修人员经常能适应这种细微的谐波波动,并应及时向主管汇报这些变化。在生产受到不利的影响之前,尽早注意焊接声音的变化,很可能有助于识别和解决设备问题。

另一个潜在的因素是各种被焊接元件不适合某种频率的焊接设备。例如:有些电子组件是不适合20kHz的焊接设备。常见的补救方法是:尝试使用更高频率的焊接设备,可能是30或40kHz的焊接设备,高频设备产生较低的振幅输出,但通过在较高的频率共振来补偿。因此,高频焊接机被认为是“更温和”的超声波能量应用于小尺寸零件,比如微小电子组件,特别是带有易碎的定时器/振荡器和其它位于印刷电路板上的电子元器件,这类电子组件已经从这种方法中受益。

类似地,由于其中一个配合零件的过度运动而遭受“隔膜”或“油膜”问题,也将经常受益于对高频焊接设备的更改。

关于第2点参数问题,结合我多年的实践经验,我也表达下我个人的观点,仅供参考。

过程参数的仔细控制和文档化是一个不能忽视的领域。医疗产品和汽车零部件制造商明白这一点,并遵循严格的程序,这些程序通常是由FDA等监管机构强制执行的,因此在这两个行业中采用超声波焊接工艺时,焊接应用的成功率是很高的。

不幸的是,其他产品的制造商,如玩具或一次性产品,经常在不那么严格的要求下操作,并且执行非常弱的过程控制。在这种情况下,操作人员通常会根据零件或生产条件的变化不断调整设置。虽然这种方法可能会产生令人满意的生产结果,但是,当过程参数频繁变化时,发生的任何问题都可能更难诊断,特别是远程诊断。例如,最新的焊接参数变化是由设备问题引起的,还是由零部件组成或质量的变化引起的?

通常,当这样的焊接应用需要帮助时,超声焊接应用工程师在提出有关零件的几个基本问题(材料、接头设计、测试要求和当前的机器设置)后,可以指导客户找到合适的解决方案。如果可以使用生产部件直接在机器上完成故障排除,这种方法尤其有用。

关于第3点材料问题,我个人的观点如下:

与材料相关的问题也是生产中经常出现的不一致或问题的根源。如下面的例子所示,即使是微小的材料变化也会对焊接或生产质量产生显著影响:

3.1 聚合物的变化。随着聚合物市场价格的波动,出于经济上的原因,制造商通常希望在类似的聚合物之间进行转换。然而,明智的做法是在做出任何材料改变之前咨询超声波焊接应用专家,多听从应用专家的建议,避免以后出现不必要的麻烦。

常见的材料问题例子就是:从一个容易焊接的非晶型材料(如ABS)变化到一个难以焊接的半晶型材料(如PP)。 同样能成功焊接,ABS比PP需要更低的输出振幅。因为在20kHz下,ABS只需要30-70微米的振幅,而PP则需要90-120微米的振幅。

如果这一变化导致焊接后的零件没有以前的强度,或者需要更长的时间进行焊接,或者焊接对敏感的装配表面/部件造成损坏,那么问题可能是因为缺少合适的振幅输出。需要重新检查三联组件,特别是对焊头和调幅器的检查是必要的,以确定是否需要改善其中任何一个组件?如果有必要,就要改善相应的组件,使超声焊接应用恢复到振幅所需要的“正常”范围。

3.2 高比例的再生料。再生的热塑性塑料,虽然可以多次熔化和改造,但是在随后的每次熔化中,其物理性能都会有所下降。过多的再生料的累积效应会导致零件不能满足规格要求。出于这个原因,我们建议在那些需要超声波焊接的零件中,再生料的比例不要超过10%。在要求符合严格的测试和验收标准的特定应用中,生产商应该强烈考虑对塑料供应商的定期分析,以不断地验证进入成品零件的质量。尽可能保证在注塑过程中不要适用再生料。

3.3 高比例的填充物。通常填充物对于保证零件的强度和耐久性是必不可少的。然而,不同类型和不同比例的填充物会影响塑料加入过程的成功。我们建议填充物含量控制在30%以内。含有较高比例填料的连接零件,特别是长纤维填充物,有时候会导致填料在焊缝处堆积,从而降低焊接强度。

3.4 磨料填料。一些增加了强度或韧性的磨料填料,包括碳酸钙、二氧化硅和滑石粉,也会对焊头的接触面产生磨蚀作用。磨料零件长时间暴露在焊头接触表面上可能导致其磨损,从而导致零件表面的损伤和传递到零件连接结合面的能量不足。对于焊头,建议更换具有耐磨表面的钛焊头(例如氮化钛)。对于底座,建议使用钢或硬化不锈钢材料。

关于第4点零件设计问题,个人观点如下:

如果你要焊接的零件没有经过正确的设计,那么其它的一切因素:设备、材料和工艺都没有多大意义。但是,与其在这里试图去回顾一个好的零件设计应该的所有细节,不如让我们关注一些不当零件设计的根本原因:

4.1 缺乏明确定义的项目或应用目标。当焊接测试和验收有一个“移动的目标”时,许多项目都会遇到困难。例如,焊接应用是否需要跌落测试?压力测试?如果是,那么测试值应该定义多少?因为这些值对于有效地接头连接是至关重要的。一般来说,如果设计要想顺利进行,接受标准是需要早期考虑和决策。

4.2 缺乏对特定焊接应用的最佳接头类型的理解。次优的接头设计经常发生在这样的情况下:当一位对塑料接头设计只有少许了解的设计师推动一个项目向前时,却发现做出了错误的设计,而且零件接头和焊接特性没有得到正确的考虑。

通常的情况是这样的,前期进行了大量的投资(模具完成、部分生产和初始焊接试验)之后,才发现焊接接头设计不合理。同样,关键零部件和焊接相关的考虑(焊接亮印控制和密封类型,产品结构,或两者兼有)应该在项目的早期确定。在项目的初始阶段,与超声波焊接工程师合作可以帮助识别关键零部件的标准,更好地培训设计工程师,并帮助最小化或至少阐明可能遇到的风险。

4.3 模具磨损,通常是由磨料聚合物或填料引起的,随着时间的推移,可能导致与早期确认的零件在本质上和尺寸上不同的零件出现磨损。因此,主要的连接功能,如能量导向型或剪切干涉型接头都不在规格内。零件的外轮廓可能不再适合焊头型腔面。焊接结果可能变得越来越不一致。解决这个问题的方法包括重新加工现有的模具或制作一套新的模具以适应零件现在的轮廓面。

以上是从这四个方面给出的一些分析与理解,供大家参考,如果对这个话题感兴趣,可以联系交流下。

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