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超聲波焊接具有高效率，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，尤其對于手機(jī)登對外觀、性能等均要求高品質(zhì)的個人消費(fèi)品，質(zhì)量依然是較難控制的一個問題。影響質(zhì)量主要因素是輸出功率不穩(wěn)定，導(dǎo)致無法形成穩(wěn)定的摩擦熱能。在多年的超聲波焊接實(shí)際工作中，總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通常容易發(fā)生的幾種質(zhì)量問題如下：
1.強(qiáng)度低，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求
2.產(chǎn)品表面產(chǎn)生傷痕或裂痕
3.制品產(chǎn)生扭曲變形或白色狀
4.產(chǎn)品內(nèi)部零件破壞，或者受擠壓而偏位變形
5.產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊
6.產(chǎn)品焊接后尺寸無法控制于公差內(nèi)
7.產(chǎn)品偏位
8.超聲波焊接后無法達(dá)到水、氣密
1.產(chǎn)品強(qiáng)度難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求
超聲波焊接熱塑性塑料的產(chǎn)品強(qiáng)度一般都比較低，難以滿足產(chǎn)品強(qiáng)度要求。
影響焊接強(qiáng)度的原因主要有以下幾個方面：
1）超聲波焊接夾具
超聲波焊接夾具與產(chǎn)品的接觸面受力是否均勻直接影響超聲波焊接的效果，進(jìn)而對焊接后產(chǎn)品的強(qiáng)度產(chǎn)生影響。當(dāng)產(chǎn)品受力均勻時，各焊接部位能達(dá)到一致穩(wěn)定的焊接狀態(tài)，從而獲得較理想的焊接效果。當(dāng)產(chǎn)品受力不均勻時，產(chǎn)品部分區(qū)域可能出現(xiàn)焊接不充分而使產(chǎn)品局部強(qiáng)度不足。如果加大超聲波輸出能量可使焊接強(qiáng)度提升，但是同時又會產(chǎn)生另外一個問題，就是會導(dǎo)致產(chǎn)品壓傷。
一般認(rèn)為，超聲波作業(yè)時，只要產(chǎn)品與焊接夾具表面只要接觸準(zhǔn)確就可以得到理想的焊接效果。其實(shí)這只是表面的看法，超聲波既然是摩擦振，就回產(chǎn)生聲波傳導(dǎo)的現(xiàn)象，如果單只觀察硬件（產(chǎn)品與焊接夾具）的吻合程度，而忽略超聲波作業(yè)方式，必定UI產(chǎn)生舍本逐末或誤判的后果。事實(shí)上焊接夾具的吻合度、產(chǎn)品截面的高低、肉厚、深淺、材質(zhì)的組織，必定無法是百分之百承受相同的壓力。另一方面，上模（HORN）輸出的能量每一點(diǎn)都有誤差，并非整個面發(fā)出的能量都相同，這也勢必產(chǎn)生產(chǎn)品焊接程度的差異。不過，通過調(diào)節(jié)參數(shù)焊接機(jī)本身的水平螺絲可以盡可能地修正上模輸出的能量誤差。
超聲波焊接夾具主要起定位及承載的作用。對于具有復(fù)雜三維曲面形狀及加工精度要求高的產(chǎn)品，對超聲波夾具的加工精度則有較高的要求。
2）超聲波焊接條件
超聲波作業(yè)的條件是指機(jī)器的輸出功率、壓力（動態(tài)壓力與靜態(tài)壓力）、焊接時間、硬化時間、延遲時間等諸元素的設(shè)定。通過優(yōu)化超聲波作業(yè)的條件往往能獲得理想的焊接效果。
在實(shí)施超聲波焊接時，如果壓力太大，氣缸下降緩沖太快，易把超聲波焊接線壓平，雖然產(chǎn)品看似已經(jīng)密合，但因焊接線已經(jīng)受擠壓而下陷，失去了焊接效果，形成塑料零件面與面的強(qiáng)迫焊接，而非三角形點(diǎn)的導(dǎo)引焊接，所以產(chǎn)生焊接假象。
輸出功率指的是產(chǎn)品在焊接過程中，超聲波機(jī)器單位時間內(nèi)輸出的能量。輸出功率與焊接時間及振幅成正比。通常通過調(diào)整振幅來控制超聲波機(jī)器的輸出功率。輸出功率太大會導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊等問題；輸出功率太小則影響產(chǎn)品焊接強(qiáng)度。
焊接時間指的是產(chǎn)品在焊接過程中，超聲波機(jī)器從 能量輸出到結(jié)束的時間。合理的焊接時間設(shè)計可得到理想的能量輸出，從而達(dá)到佳的焊接效果。
硬化時間是指超聲波焊接完成后上模機(jī)械壓著物體使剛剛?cè)诨暮附泳�充分固化的時間。硬化時間太長，會導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，太短則焊接線未完全固化，影響焊接強(qiáng)度。
延遲時間指的是為了讓需要進(jìn)行超聲波焊接的產(chǎn)品充分吸收超聲波機(jī)器所發(fā)出的能量，先將產(chǎn)品預(yù)壓到一定的緊密度后，再發(fā)出超聲波，從產(chǎn)品預(yù)壓到發(fā)出超聲波這段時間膠延遲時間。延遲時間太長會導(dǎo)致產(chǎn)品表面壓傷，產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊等問題；太短則能量未完全吸收，影響產(chǎn)品焊接強(qiáng)度。
3）超聲波焊接線
超聲波焊接線的尺寸及形態(tài)對產(chǎn)品焊接強(qiáng)度的影響也是非常直接的。通常，超聲波焊接線的尺寸的大小與產(chǎn)品焊接強(qiáng)度成正相關(guān)。也就是說尺寸越大，產(chǎn)品焊接后的強(qiáng)度越高。但是，這不是說焊接線的尺寸越大就越好。焊接線的尺寸太大時，會引發(fā)另外一個問題即產(chǎn)品極易出現(xiàn)毛邊。
4）塑料產(chǎn)品材料
非結(jié)晶性硬質(zhì)塑料，如聚碳酸酯PC、丙烯氰-丁二烯-苯乙烯聚合物類ABS、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA等，對超聲波能量通常具有良好的透射率，高頻振動能可經(jīng)過較長的距離傳輸?shù)浇涌趨^(qū)域，因此這些材料具有良好的焊接性能。而半結(jié)晶性塑料，如聚酰胺PA、聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚甲醛POM等，對超聲波能量通常具有較強(qiáng)的消聲作用，高頻振動能經(jīng)過較長的距離傳輸?shù)浇涌趨^(qū)域時，超聲波能量會很快衰減，因此半結(jié)晶性塑料的焊接性能相對較差。每一種塑料材料的熔體加工溫度各不相同。例如ABS塑料材料的熔體加工溫度為180-240℃、PC的熔體加工溫度為280-310℃、PC+ABS的熔體溫度為260-290℃。當(dāng)兩種材料的熔體加工溫度相差太大時會增加超聲波焊接的難度。如ABS與PC二種材料的熔體加工溫度差距太大，超聲波焊接勢必困難。如果超聲波上模高頻振動產(chǎn)生的溫度達(dá)到180°時，雖然ABS 已經(jīng)熔化，而PC只是軟化而已，繼續(xù)加溫到280°以上，PC已經(jīng)可達(dá)到熔接溫度，但ABS擦亮已分解為另外分子結(jié)構(gòu)了。實(shí)際焊接加工時，不同數(shù)量材料熔體加工溫度的差異在20°以內(nèi)時具有較好的焊接性能。
2.產(chǎn)品表面產(chǎn)生壓痕或裂痕
在超聲波焊接加工時，產(chǎn)品表面產(chǎn)生壓痕、結(jié)合處斷裂或有裂痕四常見的。因?yàn)樵诔暡庸r，高熱能直接接觸塑料產(chǎn)品表面并振動傳導(dǎo)。所以當(dāng)超聲波振動作用于塑料產(chǎn)品時，產(chǎn)品表面就容易發(fā)生壓傷。且對于產(chǎn)品壁厚1mm以內(nèi)較薄的塑料柱或孔，極易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，這是超聲波焊接加工較難克服的問題之一。另一方面原因，因超聲波輸出能量的不足，在振動摩擦焊能量轉(zhuǎn)換為熱能時需要用較長時間來累積熱能以彌補(bǔ)輸出功率的不足。此種焊接方式，不是在瞬間達(dá)到的振動摩擦焊熱能，而需靠熔接時間來累積熱能，直至達(dá)到塑料產(chǎn)品的熔點(diǎn)而焊合，如此將造成熱能停留在產(chǎn)品表面過久，而所累積的溫度與壓力也將造成產(chǎn)品的燙傷、壓傷、震斷或破裂。遇到這種情況通常可采取以下對策。
1）降低壓力
2）減少熔接時間
3）減少延遲時間（提前發(fā)振）
4）超聲波焊接夾具表面處理（硬化或鍍鉻）
5）引用介質(zhì)覆蓋（如PE膜）
6）降低超聲波焊接機(jī)上模擴(kuò)大比
7）易振裂、震斷的產(chǎn)品，焊接夾具宜采用軟性樹脂或覆蓋軟木塞等緩沖設(shè)計
3.產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊
產(chǎn)生毛邊的原因
超聲波焊接本質(zhì)上也是一種熱熔接。當(dāng)產(chǎn)品焊接線設(shè)計過粗或焊接能量太大時，熔融的塑料在壓力作用下會從兩個被焊接產(chǎn)品之間溢出，從而形成毛邊。超聲波焊接后產(chǎn)生毛邊的主要原因如下：
1）超聲波焊接機(jī)輸出功率太強(qiáng)
2）超聲波焊接時間太長
3）空氣壓力太大。一般在超聲波焊接作業(yè)中，空氣壓力大約在2-6kg范圍。
4）上模下壓力太大
5）上模能量擴(kuò)大比率太大
6）產(chǎn)品焊接線設(shè)計不合理，太高或太粗
上述六點(diǎn)是造成超聲波焊接加工后產(chǎn)品產(chǎn)生毛邊的主要原因，其中影響較大的是在第六項超聲波的焊接線設(shè)計。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值佳的超聲波焊接線，是底部0.4-0.6mm*高度0.3-0.4mm的三角形。焊接線為“△”形，尖角約呈60°。超出這個數(shù)值將導(dǎo)致超聲波焊接時間過長、壓力升高、機(jī)臺輸出功率的升高，這樣一來就極易造成產(chǎn)品毛邊。
減少焊接毛邊的方法：在超聲波焊接加工時通常可采取以下對策減少產(chǎn)品毛邊的產(chǎn)生。
1）降低壓力、減少超聲波焊接時間
2）減少超聲波焊接機(jī)輸出功率或改用小功率超聲波焊接機(jī)
3）降低超聲波上模的擴(kuò)大比
4）修改產(chǎn)品的焊接線
4.產(chǎn)品產(chǎn)生扭曲變形
超聲波焊接加工時有時會發(fā)生產(chǎn)品產(chǎn)生扭曲變形。這種變形由以下三種可能的原因引起。
1）焊接夾具與被焊接的產(chǎn)品的角度或弧度不吻合時易造成產(chǎn)品焊接后發(fā)生變形。
2）薄壁、大面積產(chǎn)品，如壁厚2mm以內(nèi)且長度超過60mm以上的產(chǎn)品，在超聲波焊接作業(yè)中易發(fā)生變形。
3）產(chǎn)品在射出成型過程中射出壓力過大導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力也是導(dǎo)致產(chǎn)品扭曲變形的原因之一。
當(dāng)產(chǎn)品在超聲波焊接加工中發(fā)生扭曲變形時，從表面看來好像是超聲波焊接過程造成的。然而，這只是一種現(xiàn)象，造成塑料產(chǎn)品焊接后變形的原因很多，實(shí)際生產(chǎn)中必須要考慮超聲波焊接的各種因素，一定要找對主因，才能從根本上解決產(chǎn)品變形的問題。
改善產(chǎn)品焊接后變形的方法
在實(shí)際生產(chǎn)總通常可采取以下對策來減少產(chǎn)品扭曲變形的產(chǎn)生
1）降低壓力，壓力再4kg以下
2）減少超聲波焊接時間
3）增加硬化時間，至少0.8秒以上
4）分析超聲波上下模是否可局部調(diào)整
5）降低射出成型過程中產(chǎn)品內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力
5.產(chǎn)品焊接后杯破壞
超聲波焊接后有時會發(fā)生產(chǎn)品被破壞的現(xiàn)象。究其原因，主要有以下幾個方面：
1）超聲波焊接機(jī)功率輸出太強(qiáng)
2）超聲波能量擴(kuò)大器擴(kuò)大比太大
3）產(chǎn)品在焊接夾具底模中受力點(diǎn)懸空，受超聲波傳導(dǎo)振動而剖壞
4）產(chǎn)品底部直角，未設(shè)緩沖疏導(dǎo)能量的R角
5）不正確的超聲波工藝條件。
從上述分析來看，造成產(chǎn)品破壞的因素是綜合性的。有超聲波方面、有焊接夾具方面、有產(chǎn)品設(shè)計方面等等問題，所以在產(chǎn)品生產(chǎn)時如發(fā)生被破壞的現(xiàn)象時，必須多方面考慮。
避免產(chǎn)品焊接后被破壞的措施
1）提早超聲波發(fā)振時間，但需避免接觸發(fā)振
2）降低壓力、減少超聲波焊接時間
3）減少超聲波焊接機(jī)輸出功率或改用小功率超聲波焊接機(jī)
4）降低超聲波上模的擴(kuò)大比
5）底模受力處墊緩沖橡膠
6）底模與產(chǎn)品之間避免懸空或間隙
6.產(chǎn)品出現(xiàn)偏位
超聲波焊接加工時出現(xiàn)的產(chǎn)品偏位也是常見的缺陷，以下是對超聲波焊接后產(chǎn)品出現(xiàn)偏位現(xiàn)象的分析。
1）焊接線設(shè)計不合理時，產(chǎn)品在超聲波焊接過程中因受到壓力而發(fā)生滑移，從而造成產(chǎn)品偏位�；蛘�，焊接線在設(shè)計時設(shè)計可能沒問題，但由于焊接線部位的加工精度不足，導(dǎo)致尺寸不一也可能發(fā)生此類問題。故在超聲波模具加工時至少要去焊接線對稱，高度一致。要使產(chǎn)品達(dá)到外觀的功能時，定位于超聲波焊接線是成敗的重要關(guān)鍵。
2）定位方式或公差設(shè)計不當(dāng)同樣會造成產(chǎn)品焊接時發(fā)生偏移。產(chǎn)品實(shí)施超聲波焊接加工無法達(dá)到產(chǎn)品外觀或功能的要求時，除了超聲波焊接線、焊接夾具定位等因素外，產(chǎn)品本身定位，配合公差也是一項主因。定位設(shè)定要非常標(biāo)準(zhǔn)，公差適當(dāng)。
