超聲焊接/目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生用品生產(chǎn)線，如尿布等相關(guān)產(chǎn)品，女性用品、*、抹布、真空袋、濾布等很多織物、薄膜、無紡布以及紙制產(chǎn)品都會(huì)用到超聲焊接設(shè)備。  

         超聲工藝功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍十分廣泛，能夠進(jìn)行層壓、軋花、打孔、切割、拼接等操作。因此超聲焊接不但能夠提供低成本的粘合，還能夠進(jìn)行其他一些操作，提高了設(shè)備的利用率。  

        超聲焊接的基本原理   

         超聲焊接/是一種利用高頻機(jī)械波將熱塑性材料、無紡布、薄膜或者注射成型制品進(jìn)行粘合的一種方法。在超聲焊接過程中，20000Hz或者更高頻率的機(jī)械振動(dòng)以一定的振幅施加在頭發(fā)絲直徑大小的焊縫中，同時(shí)施以焊接壓力，完成焊接過程。  

         超聲波的頻率范圍為20 kHz 到1 GHz，這一頻率人耳是無法聽到的。超聲焊接通常采用的頻率是20、30和35kHz。  
超聲系統(tǒng)怎樣產(chǎn)生高頻振動(dòng)  

          超聲發(fā)生器將線路電壓轉(zhuǎn)換成高壓/高頻信號(hào)輸送到一個(gè)轉(zhuǎn)換器中。在轉(zhuǎn)換器中，壓電晶體被夾在2片鈦金屬片之間以電信號(hào)的頻率振動(dòng)，由此產(chǎn)生了非?？斓臋C(jī)械振動(dòng)，其頻率達(dá)到每秒20000Hz，振幅達(dá)到18μm。  

         振幅如何加強(qiáng)  

         對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，18μm的振幅不足以進(jìn)行焊接。因此人們連接了耦合器使振幅能夠得以提高。典型的耦合器比例是1:2。超聲焊頭與振幅耦合器相連，zui終振幅能達(dá)到80μm，材料被壓縮到焊頭表面和砧板之間。無紡布、薄膜或者塑料部件上的熱塑性分子被熔融、粘合到一起，完成焊接過程。  
       
         改變焊接強(qiáng)度應(yīng)調(diào)節(jié)哪些參數(shù)  

         振幅和壓力是改變焊接強(qiáng)度2個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。振幅可以通過調(diào)節(jié)振幅耦合器或超聲發(fā)生器來改變，一旦得到了某種材料或某種應(yīng)用zui適宜的振幅，那么該振幅就應(yīng)該保持恒定，不要輕易改變。焊接壓力會(huì)影響焊接的強(qiáng)度，壓力越輕焊接強(qiáng)度越小，增大焊接壓力會(huì)增加焊接強(qiáng)度。焊接壓力要根據(jù)預(yù)期的接合強(qiáng)度、材料類別、焊接時(shí)間或焊接速度以及焊接平面面積來確定。要獲得均一的焊接質(zhì)量，振幅和壓力必須保持恒定。  

         連續(xù)超聲焊接  

         超聲焊接的基本原理適用于所有的超聲塑料焊接應(yīng)用。連續(xù)產(chǎn)品的超聲焊接包括無紡布、薄膜等定制化系統(tǒng)解決方案。  

         連續(xù)超聲焊接系統(tǒng)包括一臺(tái)刻花輥以及一套超聲系統(tǒng)。該超聲系統(tǒng)置于砧輥之上，砧輥與焊頭之間有一條小縫，需要焊接的材料通過小縫時(shí)，焊頭發(fā)射出20000Hz的超聲波進(jìn)行焊接。  
　　                     
         連續(xù)超聲焊接系統(tǒng)  

         在膨脹階段，焊頭壓縮砧輥與焊頭表面之間的待焊材料。對(duì)于熱塑性材料而言，這種壓縮產(chǎn)生了分子濃縮和表面摩擦，使材料在砧輥凸起的部位有選擇地熔融。在壓縮階段，焊頭與砧輥之間距離更大，使材料能夠高速通過。  

         焊接過程需要的能量與焊頭的振幅和焊接的壓力有關(guān)。在振幅保持恒定時(shí)，焊接強(qiáng)度可以通過改變縫隙寬度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。縫隙越寬，焊接壓力越小，焊接強(qiáng)度越小，反之縫隙越窄焊接強(qiáng)度越大。人們通過改變砧輥的設(shè)計(jì)、焊接平面形態(tài)以及焊接性能使焊接系統(tǒng)能夠滿足不同焊接應(yīng)用的要求。  

         通過MICROGAP控制獲得均一的焊接質(zhì)量  

         為了確保焊接質(zhì)量的一致，控制振幅和壓力就顯得十分重要。  

         *的超聲發(fā)生器提供了穩(wěn)定的振幅輸出，這確保了焊頭以恒定振幅振動(dòng)。連續(xù)超聲焊接系統(tǒng)也需要焊接壓力維持恒定，從而在高速焊接時(shí)得到均一的焊接質(zhì)量，同時(shí)在材料通過縫隙時(shí)還要消除磨損避免燒焦。  

         通過保持焊接縫隙之間的距離，焊接系統(tǒng)能夠維持恒定的焊接壓力。用剛性金屬襯墊取代O型圈能夠更好地維持縫隙寬度的恒定。  

         超聲系統(tǒng)安裝在鑄鐵底座上，與傳統(tǒng)的底座相比能夠降低超聲系統(tǒng)熱膨脹達(dá)66％。對(duì)于一些應(yīng)用來說，這種剛性底座以及具有一定壓力負(fù)荷的砧輥具有成本上的優(yōu)勢(shì)，完夠滿足生產(chǎn)要求。  

         為了獲得均一的焊接質(zhì)量和高生產(chǎn)速率，Herrmann公司開發(fā)了一套精密的距離調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用步進(jìn)馬達(dá)，通過一套肘型機(jī)構(gòu)改變焊頭的位置。該系統(tǒng)能夠精密調(diào)節(jié)焊頭與砧輥之間的距離，從而調(diào)節(jié)焊接強(qiáng)度。該系統(tǒng)可調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)為8000級(jí)，每一級(jí)為0.3μm。  

         熱膨脹的修正  

         在焊接過程中，熱塑性塑料的分子經(jīng)壓縮和摩擦產(chǎn)生熱量使材料熔融。其中的一部分熱量輻射到焊頭表面和砧輥表面。另外，轉(zhuǎn)換器、振幅耦合器以及焊頭的膨脹和壓縮都會(huì)提高超聲系統(tǒng)的溫度，導(dǎo)致熱膨脹，從而使焊頭與砧輥之間寬度降低。此時(shí)保持超聲系統(tǒng)位置不變就有可能引起材料過度焊接或燒焦，zui終將損傷焊頭和砧輥。  

         Herrmann 公司開發(fā)了一個(gè)產(chǎn)品——MICROGAP控制系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償熱膨脹解決了這一問題。MICROGAP控制器通過一個(gè)負(fù)載單元實(shí)時(shí)監(jiān)控焊接壓力，閉環(huán)控制器比較實(shí)際壓力與設(shè)計(jì)壓力之間的值，通過步進(jìn)馬達(dá)調(diào)整焊頭的位置以維持縫隙寬度恒定。這一過程保證了焊接質(zhì)量，同時(shí)也降低了焊頭與砧輥之間的磨損。  

         在高速生產(chǎn)線上，帶有MICROGAP控制器的超聲焊接系統(tǒng)能夠進(jìn)行高質(zhì)量的焊接，線速度達(dá)到500 m/min。  


         更具成本優(yōu)勢(shì)的超聲焊接  

         對(duì)比傳統(tǒng)的采用黏合劑粘接的方法，超聲焊接技術(shù)更具吸引力，其優(yōu)勢(shì)包括：不再需要各種各樣的黏合劑，因此節(jié)約了成本，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)轲ず蟿┑囊攵斐蓻_擊強(qiáng)度下降；由于不使用黏合劑，因此也就消除了黏合劑分子與洗劑之間的化學(xué)反應(yīng)，避免了污染，能夠進(jìn)行潔凈生產(chǎn)；超聲焊接的使用使制品能夠做的更薄，這有利于減少無紡布和薄膜的使用量，從而降低成本，同時(shí)也不會(huì)因?yàn)槭褂脽崛廴诘酿ず蟿┒斐杀∧づで冃?；超聲焊接能夠同時(shí)處理多層材料，例如能夠一次焊接 6～12層尿褲材料；超聲焊接的焊接面可以是各種形態(tài)，包括圓形、橢圓形等；通過改變砧輥的刻花能夠很方便地改變焊接圖案；能夠在產(chǎn)品上壓上裝飾性的圖案，例如公司的標(biāo)志或者品牌等。  

         超聲焊接其他一些優(yōu)勢(shì)還包括：安全、即時(shí)性強(qiáng)、無停車時(shí)間、低能耗等。  

         由于工藝本身的特點(diǎn)，超聲焊接只能加工特定種類的熱塑性塑料。不過隨著科技的進(jìn)步，一些非熱塑性塑料也能夠通過超聲焊接進(jìn)行加工，超聲焊接的使用范圍變得越來越廣泛。  

         與傳統(tǒng)的黏合劑粘接方法比較，超聲焊接是一種理想的解決方案。制造商們不再依賴于各種類型的黏合劑進(jìn)行粘接，從而節(jié)約了成本。同時(shí)，超聲焊接是一種可靠且可以操控的生產(chǎn)工藝，因此，*的超聲焊接系統(tǒng)能夠滿足今天高速、高質(zhì)量的生產(chǎn)要求。