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--熱烈祝賀我會(huì)聯(lián)辦的科普活動(dòng)被中國(guó)科協(xié)評(píng)為--優(yōu)秀科普活動(dòng)
12月21日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)辦公廳印發(fā)《關(guān)于對(duì)2020年全國(guó)科普日有關(guān)組織單位和活動(dòng)予以表?yè)P(yáng)的通知》（科協(xié)辦函普字【2020】158號(hào)），江蘇省機(jī)械工程學(xué)會(huì)、南京工程學(xué)會(huì)和江蘇省學(xué)會(huì)服務(wù)中心聯(lián)辦的“2020年全國(guó)科普日暨第一屆‘天印筑夢(mèng)·科普智行’”活動(dòng)，被評(píng)為優(yōu)秀科普活動(dòng)。
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超聲波焊接有何優(yōu)缺點(diǎn)？超聲波是如何將塑料和金屬熔接的
時(shí)間：2020/8/31 11:07:30 瀏覽次數(shù)：6847
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你知道高頻聲音可以用來(lái)粘合材料嗎？超聲波焊接技術(shù)被用于許多行業(yè)的產(chǎn)品組裝，從醫(yī)療設(shè)備到運(yùn)動(dòng)鞋再到汽車(chē)。焊接方法很多，超聲波焊接是最現(xiàn)代化的焊接方法之一。今天，賢集網(wǎng)小編給大家介紹一下超聲波焊接的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用。
什么是超聲波焊接？
通常，你可以用釘子、螺絲或螺紋等緊固件來(lái)連接不同材料，這適用于金屬、木材、織物和塑料。許多塑料都使用膠水，膠水在膠水本身和粘合的塑料材料表面之間形成化學(xué)鍵。金屬可以通過(guò)加熱其他金屬作為粘結(jié)劑而粘合在一起，例如電氣連接中的鉛焊料。或者，金屬可以直接熔在一起，一旦熔化的金屬表面冷卻，這些金屬就結(jié)合在一起了。焊接通常需要明火或焊槍來(lái)達(dá)到熔化金屬表面所必需的高溫。因此，對(duì)于一些制造業(yè)來(lái)說(shuō)，焊接是一個(gè)昂貴的過(guò)程。
20世紀(jì)40年代引進(jìn)了一種新的、更經(jīng)濟(jì)的焊接方法——超聲波焊接。超聲波焊接技術(shù)利用高頻聲波的振動(dòng)將不同的材料連接在一起。通過(guò)對(duì)接觸點(diǎn)施加超聲波振動(dòng)，高頻振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致材料熔化。超聲焊接中使用的典型頻率范圍在15至40 kHz之間。
除了比傳統(tǒng)焊接所需的能量更少，超聲波焊接最大的優(yōu)點(diǎn)之一，是可用于金屬以外的材料，例如熱塑性塑料。20世紀(jì)50年代到90年代，隨著設(shè)備中的電子設(shè)備變得更加精密，計(jì)算機(jī)可以控制整個(gè)過(guò)程，超聲波金屬焊接技術(shù)得到了發(fā)展。此后，這項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用到塑料制品上，并在塑料工業(yè)領(lǐng)域變的流行。
此外，超聲波焊接設(shè)備可以將振動(dòng)集中在非常局部的位置，因此焊接非常精確。
超聲波焊接機(jī)組成
超聲波焊接機(jī)的創(chuàng)建是為了有效地將電轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。機(jī)器配有微處理器，以讀取溫度并相應(yīng)地調(diào)節(jié)加熱。超聲波焊接設(shè)備有四個(gè)主要部分。
電源：高頻超聲波焊接機(jī)需要高壓電源。
換能器：換能器吸收高壓電流并將其轉(zhuǎn)換為高頻振動(dòng)。
助推器：它像放大器一樣工作，它吸收高頻，然后使其變得更強(qiáng)大。
喇叭或超聲波發(fā)生器：是焊接材料和機(jī)器之間的媒介。它將超聲波振動(dòng)集中到一個(gè)局部點(diǎn)。
超聲波焊接機(jī)組成
電源將低頻電（50-60 Hz）轉(zhuǎn)換為高頻電（20-40 kHz； 1 kHz = 1000 Hz）。接下來(lái)，換能器或轉(zhuǎn)換器將高頻電轉(zhuǎn)換為高頻聲音（超聲波）。助推器使超聲波振動(dòng)更大。最后，喇叭或超聲波發(fā)生器會(huì)聚焦超聲振動(dòng)，并將其傳遞給要焊接的材料。除這些零件外，還有一個(gè)砧座，將焊接材料堆疊并固定在其上。還有一些方法可以在焊接過(guò)程中施加力（通常是由氣動(dòng)活塞提供的氣壓）來(lái)將材料固定在一起。
超聲波焊接如何熔化材料?
超聲波用于焊接，以提供較小但快速的振動(dòng)。當(dāng)超聲波發(fā)生器連接到材料上時(shí)，超聲振動(dòng)將導(dǎo)致材料來(lái)回振動(dòng)大約半毫米左右。
這樣微小的運(yùn)動(dòng)足以使材料熔化，因?yàn)檎駝?dòng)的速率相當(dāng)高。這些振動(dòng)導(dǎo)致材料相互摩擦，摩擦則會(huì)產(chǎn)生熱量。
你可以通過(guò)快速搓動(dòng)雙手來(lái)重現(xiàn)類(lèi)似的環(huán)境。您會(huì)感覺(jué)到手掌之間產(chǎn)生的熱量。
而且，如果繼續(xù)快速摩擦，它會(huì)變得非常不舒服。想象一下，當(dāng)材料以人眼難以察覺(jué)的速度相互摩擦?xí)r，內(nèi)部產(chǎn)生的熱量！
摩擦將溫度提高到材料之間的接觸點(diǎn)熔化的程度，為分子結(jié)合鋪平了道路。這就是超聲波焊接塑料的方法。
但是，在焊接金屬時(shí)會(huì)略有不同。超聲波焊接用于將金屬加熱到其熔點(diǎn)溫度的三分之一。
此時(shí)，兩種金屬之間的分子會(huì)相互移動(dòng)，形成強(qiáng)大的分子鍵。金屬?zèng)]有熔化。
為什么要使用超聲波焊接方法？
超聲波焊接的優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，超聲波焊接具有許多優(yōu)勢(shì)。由于這些優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，許多行業(yè)使用超聲波焊接。
不需要外熱源:超聲波焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要外熱源。熱是材料之間自己產(chǎn)生的。
快速:由于振動(dòng)頻率非常高，超聲波焊接是行業(yè)中最快的焊接方法之一。
自動(dòng)化的可能性:超聲波焊接在很多方面都不復(fù)雜，很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這種超聲波機(jī)器帶有傳感器，可以持續(xù)監(jiān)測(cè)溫度。
清潔和堅(jiān)固的接頭:焊接時(shí)接觸面熔化/熔斷，產(chǎn)生非常清潔和堅(jiān)固的接頭。
使用超聲波焊機(jī)時(shí)要記住的事情
超聲波焊接對(duì)塑料的密封和焊接非常有效。然而，你不能焊接所有類(lèi)型的塑料。
和金屬一樣，塑料也有不同的類(lèi)型。而且非常重要的是要確保焊接的塑料具有化學(xué)相容性。
如果你嘗試焊接聚乙烯和聚丙烯，它可能融化在一起，但不會(huì)有化學(xué)鍵。化學(xué)鍵是重要的創(chuàng)造強(qiáng)大的焊接接頭。
在通過(guò)超聲波焊接任何材料時(shí)要記住的另一個(gè)因素是保持一個(gè)均勻的接觸區(qū)域。焊接金屬時(shí)，超聲波振動(dòng)平行于平面?zhèn)鞑ァ?/span>
超聲波焊接的缺點(diǎn)
和所有的連接過(guò)程一樣，超聲波焊接也有一些缺點(diǎn)。
僅限搭接接頭:超聲波焊接只能用于搭接接頭。它不能用于其他類(lèi)型的關(guān)節(jié)，因?yàn)樗鼘⑿枰粋€(gè)特別設(shè)計(jì)的角和夾具。
限制焊接區(qū)域:我們已經(jīng)討論了超聲波焊接如何產(chǎn)生高度局部化的焊接。因此，你不能期望焊接提供面積大于250x250mm2的接頭。
不能焊接厚的和硬的金屬:厚的和硬的金屬不像薄的和軟的金屬振動(dòng)那么多。這就防止了它們發(fā)生機(jī)械振動(dòng)。
超聲波焊接的應(yīng)用
超聲波焊接被用于許多領(lǐng)域。使用它的最好例子之一是運(yùn)動(dòng)鞋。超聲波焊接比縫合或膠粘能產(chǎn)生更好的光潔度。
這款New Balance運(yùn)動(dòng)鞋上部的材料是通過(guò)超聲波焊接而不是傳統(tǒng)的縫紉方法組裝的。
在醫(yī)療行業(yè)，汽車(chē)行業(yè)和家用電器行業(yè)中，熱塑性塑料的超聲波焊接非常普遍。由于不需要額外的材料來(lái)固定粘結(jié)，因此超聲波焊接不會(huì)增加成品的總重量。
超聲波焊接是1940年代的一項(xiàng)技術(shù)，但它仍然是在不同材料之間建立干凈牢固的結(jié)合力的首選焊接方法。超聲焊接的發(fā)展仍在不斷發(fā)展，以擴(kuò)大其使用規(guī)模。
