超聲焊接效果與材料的彈性模量、摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)及密度、比熱容量、熔點(diǎn)等成反比。
超聲焊接效果主要取決于材料的熔點(diǎn)和表面摩擦系數(shù)。在超聲焊接過(guò)程中,這些參數(shù)隨材料和溫度的不同而變化,其變化會(huì)影響到焊接區(qū)域的溫度、應(yīng)力及變形,從而影響超聲焊接質(zhì)量。
但由于超聲焊接時(shí)間較短,實(shí)驗(yàn)中難以控制參數(shù)的變化,國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用數(shù)值模擬的方法解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)有限元法,劉川分析了超聲波超聲焊接過(guò)程中PVC(PVC)物理參數(shù)的影響,得出了超聲焊接區(qū)溫度與試樣厚度成正比。
焊料改性效應(yīng)。
超聲焊接材料的改性對(duì)超聲焊接質(zhì)量有影響,纖維等填料的加入可提高聚合物材料的硬度,有利于超聲傳遞,在合適的工藝條件下,加入填料可提高超聲焊接接頭強(qiáng)度。
物質(zhì)表面粗糙度的影響
增大材料的表面粗糙度,可降低聲阻抗,提高材料的表面能流密度,從而提高超聲焊接質(zhì)量。在聚丙烯薄膜表面滾壓成型后,可以獲得較好的超聲焊接質(zhì)量,其焊接接頭強(qiáng)度幾乎是PP薄膜表面光滑焊接接頭的兩倍。
物料疊合寬度的影響
超聲波焊接接頭強(qiáng)度隨材料搭接寬度的增加而降低。由于超聲波焊接接頭邊緣應(yīng)力集中隨搭接寬度的增大而增大,邊緣微裂紋增多,接頭強(qiáng)度下降。用層法和浸漬法制備玻璃纖維聚丙烯,超聲焊接接頭強(qiáng)度均隨焊縫寬度的增大而減小。
焊面與焊頭之間距離。
在材料與焊頭之間的距離為半波長(zhǎng)值時(shí),超聲焊接接頭的強(qiáng)度最大。
超聲在塑料中的傳遞以縱向波為主,最大縱向波峰值通常出現(xiàn)在半波長(zhǎng),當(dāng)距離接近半波長(zhǎng)時(shí),向超聲波焊接界面?zhèn)鬟f的熱能最大,可以獲得良好的超聲波焊接接頭。
HS1000(芳基磷酸鹽和粘土改性的聚苯醚,半波長(zhǎng)為3.86cm)不同厚度的焊接用超聲,結(jié)果表明,在低于臨界厚度3.86cm的情況下,超聲焊接接頭的強(qiáng)度和延伸率隨著厚度的增加而增加,在高于臨界厚度的情況下,超聲焊接接頭強(qiáng)度急劇下降。