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摘要：在超声波产品实际设计的过程中，应结合当前的实际工作特点与要求等进行合理的设计与掌控，并制定完善的管理方案与控制方案，结合当前的情况进行分析，了解超声波原理和利处，加大设计工作力度，并针对产品的结构进行合理设计，明确各方面要求与内容，并建立现代化的管理与控制体系，优化整体工作方式与方法，为其后续发展奠定坚实基础。
关键词：选材；设计；优点
基本纲要：
一、塑料超声波的选材和设计
二、塑料超声波焊接结构的设计
三、塑料超声的优点
塑料超声波简介
塑料超声波是当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
一、塑料超声波产品材料的选择和设计
塑料的性能影响超声波的成功焊接。塑料的超声波焊接性取决于塑料对超声振动的衰减能力和熔化温度的高低以及物理性能如弹性模量、抗冲击性、摩擦系数及导热系数等等。实验证明，塑料的焊接性G 正比于弹性模量E、导热系数λ、摩擦系数μ，反比于塑料的密度ρ、比热C、熔点t，如下式表示：G = K·E·λ·μ/ρ·C·t（W/m2·K）式中K － 焊件形状因子，取决于焊件的壁厚、尺寸大小及焊头的形状尺寸
E － 塑料的弹性模量（GN/m2）
λ － 导热系数（W/m·K）
μ － 塑料的摩擦系数
ρ － 塑料的密度（kg / m3）
C － 比热（J /kg·K）
t － 熔点（K）
通常限定选择特定用途材料的性能是那些使焊接变困难的性能如高的熔点或结晶度。一般来说，塑料刚性愈大，愈容易焊接。刚性塑料容易传递超声波能量，而软塑料在能量到达接头区域之前常常衰减能量。待焊材料的刚性是一个可能受
到环境温度和湿度影响的重要性能。颜料、脱模剂、玻璃填料和增强纤维的影响更大.不同级别的同种材料可能具有不同的流速和不同的熔点。一个零件熔化和流动，而另一个不是这样，不会形成连接。譬如，浇铸级丙烯酸具有更高的分子量和熔点，比注射、挤压级更脆，因而它们较难焊接在一起。一般说来，待焊两种材料应具有相似的熔化流动速度（熔化流动速度反映出分子量的大小），彼此的熔点差在22℃以内。要获得最好的结果，应焊接同级树脂（塑料）.
同种材料的焊接聚苯乙烯、SAN、ABS、聚碳酸酯和丙烯酸塑料通常能获得优良的结果，PVC 和纤维素塑料易于衰减能量，在表面处变形或降解。如果焊头位置靠近接头区域（近场焊接），低模量材料如聚乙烯通常也是可焊的。各种热塑性塑料超声波焊接相容性异种材料的焊接在焊接异种材料时，两材料之间的熔点差不应超过22℃，分子结构应相似。对于熔点差异较大的情况，低熔点材料熔化和流动，阻止足够的热生成量熔化高熔点材料。例如，高温丙烯酸同低温丙烯酸相焊，导能筋铸在高温零件上，低温零件在导能筋之前熔化和流动，连接强度会很差。只有具有相似分子团的化学相容材料才能进行焊接。
相容性仅仅存在于某些非结晶性塑料或含有非结晶性塑料的混合物中。典型的例子如ABS 与丙烯酸，PC 与丙烯酸、聚苯乙烯与改性聚苯醚。半结晶性聚丙烯与聚乙烯有很多相同的物理性质，但化学不相容，不能进行超声波焊接。下表列出了部分热塑性塑料的超声波焊接相容性
二、塑料超声波焊接结构的设计
塑胶件的结构设计必须首先考虑如下几点：
1焊缝的大小（即要考虑所需强度）
2是否需要水密、气密
3是否需要完美的外观
4避免塑胶熔化或合成物的溢出
5是否适合焊头加工要求
焊接品质可能通过下述几方面的控制来获得：
1材质
2塑胶件的结构
3焊接线的位置和设计
4焊接面的大小
5上下表面的位置和松紧度
6焊头与塑胶件的妆触面
7顺畅的焊接路径
8底模的支持
为了获得完美的、可重复的熔焊方式，必须遵循三个主要设计方向：
1最初接触的两个表面必须小，以便将所需能量集中，并尽量减少所需要的总能量（即焊接时间）来完成熔接。
2找到适合的固定和对齐的方法，如塑胶件的接插孔、台阶或企口之类。
3围绕著连接介面的焊接面必须是统一而且相联系互紧密接触的。如果可能的话，接触面尽量在同一个平面上，这样可使能量转换时保持一致。
超声波焊接筋的设计
三角形焊接面
1. 按三角形焊接面的角度可分为120°，90°，60°，45°，而三角形的大小决定于产品的厚度，具体如下主图示
阶梯式焊接面
2. 阶梯式焊接面比三角的焊接面强度上要强，不易脱落，可以有效的防止防止溢料，改善外观，具体结构如下图示
榫槽型焊接面
3. 榫槽型的焊接是利用塑料凹凸位将塑料有效的全部封死在槽内，这个设计往往是用到需要设计防水的结构中，它能更好的防水，更好的机械强度.
三、塑料超声波具有以下优点：
1，节能
2，无需装备散烟散热的通风装置
3，成本低，效率高
4，容易实现自动化生产
5.焊接强度高，粘接牢固
6.焊点美观，可实现无缝焊接，防潮防水，气密性好
超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，即不要填加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操纵简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。
四、塑料超声波的设计作用
●焊接强度高，防水效果佳
●减少“假焊，虚焊”的现象出现
●适合大多数塑料材料
●生产工艺简单，成本低
●有利于较难注塑生产的结构件，快速完成结构
塑料焊件结构设计的重要性
合适的焊件结构和焊点设往往是成功进行超声波焊接的最重要因素。如果焊件和焊点设计合适，即使很难焊接的部件，如密封ＰＥ模压件，也能很好地完成。但如果设计不好，即使简单的焊接也几乎不可能完成。鉴于合适设计焊件的重要性，是很有必要的，一个好的复杂的塑料结构要想降低成本最佳方案就是采用超声波来实现，它不仅能快速的成本又能保证一定的强度及防水性，据满足了生产成本的需求，又能快速的融入市场，以达到最佳的性价比。它不仅能做到更薄，更美观，还能有一定的强度，这个是传统注塑无法对比的，所以一个好的塑料焊件结构结设计是需要设计者经过长时间探所，根据不同的材料设计不同的超声波焊接面是很有必要的。
论文作者:罗望贤
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第21期
论文发表时间:2019/5/14
标签：塑料论文; 超声波论文; 熔点论文; 材料论文; 丙烯酸论文; 结构论文; 强度论文; 《建筑细部》2018年第21期论文;