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超聲波焊接機(jī)變幅桿材質(zhì)對焊接強(qiáng)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(zhì)量高的特點(diǎn)在塑料焊接領(lǐng)域中，特別是復(fù)雜曲面的塑料模具焊接中，得到了廣泛的應(yīng)用。
 
超聲波焊接一般由超聲波發(fā)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(shí)際加工應(yīng)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(jī)械阻抗的作用，在換能器與負(fù)載之間進(jìn)行阻抗匹配，使超聲波能量更有效地從換能器向待焊接面?zhèn)鬟f。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(dá)20000次，因而變幅桿在加工中承受著高頻循環(huán)負(fù)載，加之材質(zhì)的內(nèi)阻尼因素，其負(fù)載節(jié)點(diǎn)處極易產(chǎn)生疲勞損壞與熱損傷。對于變幅桿材質(zhì)的要求主要是具有良好的聲學(xué)性能以及在循環(huán)負(fù)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(zhì)均有其優(yōu)點(diǎn)與不足，例如鈦合金雖然強(qiáng)度高，聲學(xué)性能好，但其價格較貴；鋁合金密度低，聲學(xué)性能良好，但易磨損和斷裂；合金鋼強(qiáng)度高、耐磨損，但聲學(xué)性能則相對較差。
 
鋁合金變幅桿在焊接加工中其節(jié)點(diǎn)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(chǎn)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(huán)境中。在所有材質(zhì)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(guān)鍵部件的焊接中。
 
四種材質(zhì)變幅桿中，鋁合金變幅桿節(jié)點(diǎn)處溫升最高，節(jié)點(diǎn)溫度過高會降低變幅桿的諧振頻率，進(jìn)而影響到焊接質(zhì)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(jié)點(diǎn)溫升最小，這是因?yàn)槠鋬?nèi)阻尼較小的原因，相比其它材質(zhì)其在諧振頻率下工作更為穩(wěn)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(qiáng)度也更高。ABS塑料樣件超聲波焊接得到的焊縫強(qiáng)度中，鈦合金變幅桿焊接得到的焊縫強(qiáng)度最高，這是因?yàn)殁伜辖鸩馁|(zhì)內(nèi)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(qiáng)度依次次之。
 
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