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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。
超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅,所加壓力及焊接時(shí)間等三個(gè)因素,焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的,振幅由換能器和變幅桿決定。
2、超聲波金屬焊接機(jī)
超聲波金屬焊接原理是利用超聲頻率(超過15KHz )的機(jī)械振動(dòng)能量,連接同種金屬或異種金屬的一種特殊方法.
金屬在進(jìn)行超聲波焊接時(shí),既不向工件輸送電流,也不向工件施以高溫?zé)嵩?,只是在靜壓力之下,將線框振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜg的摩擦功、形變能及有限的溫升.
塑料的超聲波焊接性能
塑料分為熱固性塑料和熱塑性塑料。熱固性塑料可塑但不可逆。次加熱時(shí)可熔化流動(dòng),加熱到一定溫度,產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),交聯(lián)固化變硬而形成固體;為什么產(chǎn)品出現(xiàn)錯(cuò)位,有產(chǎn)品本身的設(shè)計(jì)問題,也有超聲波夾具的結(jié)構(gòu)問題,當(dāng)然也有超聲波機(jī)器調(diào)試的問題。但這種變化時(shí)不可逆的,當(dāng)重新受熱加壓時(shí),熱固性塑料不能再次熔化。因此,超聲波焊接不能焊接熱固性塑料。熱塑性塑料可塑又可逆;當(dāng)加熱形成固體后,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)僅經(jīng)歷形態(tài)的變化,是可逆的;重新加熱和加壓時(shí),能夠重新熔化并再次形成固體。超聲波焊接能夠焊接大部分的熱塑性塑料。
熱塑性塑料又分為無定形塑料和半結(jié)晶塑料,由于二者的分子結(jié)構(gòu)和排布不同,二者的超聲波焊接性能又有所差別。
無定形塑料的分子結(jié)構(gòu)呈隨機(jī)分布,沒有一個(gè)明確的熔點(diǎn)Tm,其在一個(gè)很廣泛的溫度范圍內(nèi)逐步軟化、熔化和流動(dòng);與變幅桿一樣,焊頭也是調(diào)諧裝置,在大部分應(yīng)用中也提供機(jī)械放大,焊頭的長(zhǎng)度必須是超聲波在其制造材質(zhì)中的半波長(zhǎng)或半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。而不是一旦加熱到某個(gè)溫度就立即從固體熔化,然后又立即固化。無定形塑料這種特性非常易于傳導(dǎo)超聲波振動(dòng)能力,能夠在較大的壓力和振幅范圍內(nèi)進(jìn)行超聲波焊接。
半結(jié)晶塑料的分子結(jié)構(gòu)在局部呈規(guī)律性分布,有一個(gè)明確的熔點(diǎn)Tm,在溫度達(dá)到熔點(diǎn)之前,半結(jié)晶塑料始終保持著固態(tài);當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)后,整個(gè)分子鏈立刻開始運(yùn)動(dòng),并立即固化。無定形塑料和半結(jié)晶塑料的熔化過程區(qū)別如圖所示。
半結(jié)晶塑料呈規(guī)律性分布的分子結(jié)構(gòu)類似于彈簧,非常容易吸收高頻的超聲波振動(dòng)能量,使得能量很難從焊頭傳導(dǎo)到焊接界面,必須有足夠大的超聲波能量才能使得半結(jié)晶塑料熔化。因此,相對(duì)于無定形塑料,半結(jié)晶塑料比較難焊接。為了使得半結(jié)晶塑料獲得較高的焊接質(zhì)量,往往需要考慮更多的因素,例如,較高的振幅、合適的焊接界面設(shè)計(jì)、焊頭的接觸、焊接的距離以及焊接夾具等。為了減小熔深,可以采取間接電弧、擺動(dòng)焊絲、帶狀電極、附加不通電焊絲等工藝措施。無定形塑料和半結(jié)晶塑料的超聲波焊接難易程度如表2所示。
1. 耳垢防護(hù)器
一個(gè)有趣的應(yīng)用是使用激光焊接Phonak耳垢防護(hù)器,整個(gè)耳垢防護(hù)器的大小只有幾個(gè)毫米,需要將一個(gè)隔膜焊接到一個(gè)大約3毫米大小的墊圈上。隔膜對(duì)激光輻射是透明的,而墊圈則采用熱塑材料制成,可以吸收激光輻射。
2. 分析儀器
塑料激光焊接在生物分析儀器中也有廣泛應(yīng)用。
塑料激光焊接加工過程中熱影響范圍小,因此也適用于熱敏感的材料的焊接,比如表面有蛋白質(zhì)涂層的生物芯片的焊接。
3. 微流控部件
生物分析儀器的例子是液體分析芯片,這種芯片含有微流道系統(tǒng),用來采集及分析液體物質(zhì)。通常流道只有幾厘米長(zhǎng),可能有幾十微米到幾百微米寬,其寬高比都小于1。流道承受的壓力通常有幾帕。這些微流道通常由很薄的塑料片構(gòu)成,其厚度可能從幾毫米到20微米不等。要對(duì)如此精密的產(chǎn)品進(jìn)行焊接,掩模焊接是的方法。超聲波金屬焊接機(jī)由來超聲波金屬焊接機(jī)英文注釋:Ultrasonicmetalweldingmachine,超聲波金屬焊接是19世紀(jì)30年代偶然發(fā)現(xiàn)的。采用掩模焊接后,只要使用比較低質(zhì)量的二極管激光就可以完成焊接,從而節(jié)省大量投資。另外,采用掩模焊接也可以大幅提高生產(chǎn)效率。
4. 配藥系統(tǒng)
“給藥系統(tǒng)”或藥品配料系統(tǒng)可幫助患者持續(xù)用藥。其越來越小巧的結(jié)構(gòu)更加便于攜帶。例如Rowe Pump 泵是一臺(tái)純物理驅(qū)動(dòng)的泵,可設(shè)置不同的泵送劑量。其組件必須承受高達(dá) 4 bar 的內(nèi)部壓力。由于直接用于患者,因此衛(wèi)生方面要求極高,而且集成的微通道直徑位于 >10 μm 區(qū)域,焊縫必須完全無顆粒。對(duì)于不是很熟悉的超聲波焊接機(jī),還應(yīng)先熟悉電路原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),遵守相應(yīng)規(guī)則。借助激光焊接技術(shù)可滿足這些要求。
5. 球囊導(dǎo)管
球囊導(dǎo)管激光焊接是使用激光作為能量來源的紅外線焊接,可以使用激光束直接射到吸收激光的塑料表面,使塑料熔化實(shí)現(xiàn)焊接。先進(jìn)的激光焊接技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)球囊頭端和管體的無縫連接,使球囊導(dǎo)管在彎曲而狹窄的病變血管中推進(jìn)時(shí)暢通無阻,對(duì)血管的損傷降至,操作過程更加安全。激光焊接技術(shù)的引進(jìn)有利于進(jìn)一步縮小球囊擴(kuò)張導(dǎo)管外徑。壓焊時(shí),異種金屬交界表面可以熔化,也可以不熔化,但由于有壓力的作用,即使表面有熔化金屬存在,也會(huì)被擠壓而排出(如閃光焊和摩擦焊),只有少數(shù)情況下壓焊后還保留了曾經(jīng)熔化的金屬(如點(diǎn)焊)。