超声波塑料焊接国内外研究状况

超声波塑料焊接是从超声波金属焊接发展起来的。50年代发现的超声金属焊接己广泛用于集成电路引线焊接，近年来用于塑料一金属复合管的焊接很有发展前途。由于工艺上的突出优点，更为广泛应用的是热塑性塑料的焊接。焊接设备除传统的切向和纵向振动外，还发展了扭转和多系统的复合振动。焊接方式由层叠焊(搭接焊接)发展到端面对接焊，功率容量达50KW。我国于50年代开始大功率超声的研究。以研究超声加工、清洗、焊接、粉碎和乳化等应用为先导，进而研究磁致伸缩换能器，压电换能器和簧片哨。60年代以后集中研究夹心式压电换能器，用等效网络建立一维理论。我国在变幅杆方面的研究处于世界前列。对于超声焊接，50年代开始进行超声金属材料焊接应用研究，包括点焊，缝焊和集成电路引线焊接。近十年来主要生产超声塑料焊接设备，己得到广泛应用。

目前对超声波塑料焊接的研究主要集中在对功率超声、高分子材料、焊接机及其组件、焊接过程控制模式、焊接工艺参数、焊接过程中塑料分子运动等方面。如国内的哈尔滨工业大学，针对超声波焊接大批量生产中，由于焊接工艺参数波动，接头质量的一致性差的问题，提出了超声能量模式控制技术，对保证产品质量的稳定性具有重要意义。因为目前的超声波焊接机都采用时间控制模式，这种模式首先设定超一声时间，超声时间结束，无论焊接好坏均停止超声，即以焊接时间作为质量控制的关键参数。时间控制模式的焊接质量很不稳定。实际上超声波塑料焊接的质量与输入到焊接件中的能量有直接关系。如果对焊接过程输入到焊接件中的能量直接控制，形成良好接头的能量达到后停机，则可大大提高焊接质量的稳定性。随之，超声波焊接过程的电参数测量和超声波焊接机的控制技术就成为研究内容。哈尔滨工业大学还提出了焊接过程的变压力控制技术，实现整个焊接过程中压力的控制，在焊接熔化过程及保压凝固的不同阶段给出合适的焊接压力，从而提高了接头的组织性能和外观质量。在塑料超声焊接机理方面建立了描述焊接过程的接头熔化状态的物理模型，为焊接过程的自适应控制奠定了基础。

在超声波塑料焊接的机理方面，哈尔滨工业大学也进行了比较多的研究。从塑料分子的角度分析研究了焊接接头的熔化状态、熔化膜的厚度计算模型以及影响接头超声波塑料焊接机埋和工艺试验研究质量的因素。并对焊接聚乙烯塑料的温度场进行了模拟和检测，为超声波塑料焊接的机理做了大量的基础工作。国内的上海交通大学进行了塑料超声波焊机声学系统设计及质量检测方法研究，还有科研人员进行了变幅杆振动能量传输性能的研究，推动了超声波塑料焊接技术的发展。国外对超声波塑料焊接主要集中在日本和美国。日本提出在超声波塑料焊接中采用高频振动系统和扭转振动系统和双频振动系统，这样能够提高焊接质量;美国研究人员通过检测散射在空气的超声波信息来判断焊接质量，通过观察焊接过程中塑料分子的运动来研究超声波塑料焊接机理:还在超声波焊接的控制方面进行了不少的研究;美国和瑞士在超声波焊接设备的技术上其它国家。

对超声波塑料焊接应用方面的研究主要在医药、汽车、建筑和包装行业。除了一般的两塑料件的焊接外，还研究采用超声波塑料焊接进行铆接、埋植、切割、成型、封口等。在塑料模具设计制造过程中使用焊接工艺更能体现出该工艺的优越性，将大件的产品分成几个零件，然后通过焊接工艺组合。这样既简化了模具制造工艺，又降低了模具制造费用和周期，又利于高效率的自动化生产。还研究把超声波塑料焊接应用在复合材料的焊接上。

在超声波焊接工艺方面的研究，主要集中于塑料件焊口设计、焊头设计及焊接工艺参数的研究。对于一般塑料零件的对接焊接，对接面要有一能量导向部分以使焊接质量达到状态，但对能量导向部分的机理和作用还不是很清楚。超声波塑料焊接时，焊接质量主要受到超声时间、超声压力、保持压力时间的影响，同时还受到环境温度、振幅、材料、焊件形状等因素的影响。因此要研究各种影响因素对焊接质量的影响程度，以及提高焊接质量所要采取的措施。这方面的研究主要由工厂和生产超声波设备的公司进行，如上海必能信超声有限公司等。