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超聲波焊接機變幅桿材質對焊接強度的影響分析

2021-08-27 16:55
超聲波塑料焊接憑借其焊接速度快、焊接質量高的特點在塑料焊接領域中，特別是復雜曲面的塑料模具焊接中，得到了廣泛的應用。
 
超聲波焊接一般由超聲波發生器、換能器、變幅桿、焊頭及配套的夾具組成，其中變幅桿在超聲波焊接加工中主要起到能量傳遞與放大的作用。超聲波的原始振幅一般很小，通常只有幾微米，而實際加工應用中所需要的振幅在幾十到幾百微米左右，所以通常需要通過變幅桿將其振幅放大，并且變幅桿還可以起到機械阻抗的作用，在換能器與負載之間進行阻抗匹配，使超聲波能量更有效地從換能器向待焊接面傳遞。焊接加工中，變幅桿在換能器的高頻振動下其每秒伸縮率能高達20000次，因而變幅桿在加工中承受著高頻循環負載，加之材質的內阻尼因素，其負載節點處極易產生疲勞損壞與熱損傷。對于變幅桿材質的要求主要是具有良好的聲學性能以及在循環負載下的抗疲勞損壞性能，常用變幅桿材料有鋁合金、低碳鋼、不銹鋼及鈦合金，上述各材質均有其優點與不足，例如鈦合金雖然強度高，聲學性能好，但其價格較貴；鋁合金密度低，聲學性能良好，但易磨損和斷裂；合金鋼強度高、耐磨損，但聲學性能則相對較差。
 
鋁合金變幅桿在焊接加工中其節點處溫升較高，因此鋁合金的變幅桿不適合大批量、長時間的生產加工中，而比較適合于小批量，小部件的焊接。合金鋼變幅桿相比鋁合金變幅桿，其剛度和彈性模量更大，耐磨性更好，因而適合于大批量、長時間的加工環境中。在所有材質中鈦合金變幅桿是最為理想的材料，但其價格昂貴，一般只用于關鍵部件的焊接中。
 
四種材質變幅桿中，鋁合金變幅桿節點處溫升最高，節點溫度過高會降低變幅桿的諧振頻率，進而影響到焊接質量，這一類變幅桿不適用大批量、長時間的加工中。采用鈦合金的變幅桿其節點溫升最小，這是因為其內阻尼較小的原因，相比其它材質其在諧振頻率下工作更為穩定。合金鋼變幅桿中，低碳鋼相比不銹鋼其能承受的工作溫度更高，焊接得到的焊縫強度也更高。ABS塑料樣件超聲波焊接得到的焊縫強度中，鈦合金變幅桿焊接得到的焊縫強度最高，這是因為鈦合金材質內阻尼較小，能量損失較小。低碳鋼、鋁合金和不銹鋼變幅桿焊接焊縫強度依次次之。
 
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