超音波熔接

超音波焊接是熔接熱塑性塑料製品的高科技技術，各種塑膠件均可使用超音波熔接處理，而不需加溶劑、粘接劑或其它輔助產品。超聲焊接是一種新穎的塑料二次加工技術，以其高效、優質、美觀、節能等優勢而發展起來。超音波焊接的產品給生產生活帶來了很大的方便，其廣泛運用於汽車、電器、醫療、玩具等行業中，很多產品是超音波熔接的，如電視機的音響系統等 ^[2]  。

其優點是增加多倍生產率、降低成本，提高產品質量及安全生產。通過上焊件把超聲能量傳送到焊區，由於焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產生局部高温。又由於塑料導熱性差，一時還不能及時散發，聚集在焊區，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力後，使其融合成一體。當超聲波停止作用後，讓壓力持續幾秒鐘，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近於原材料強度。

超音波熔接它通常用於塑料焊接，它完全代替用膠水粘合的傳統行業，在超音波熔接過程中是沒有連螺栓，釘子，卡扣，焊接材料或粘合劑等材料結合在一起的，它比傳統的粘合劑或粘膠水速度更快，而乾燥時間也非常快，焊接的過程可以很容易實現自動，可輕鬆定製，以適應各類型的具體規格的產品被焊接。

一、熔接法：

以超音波超高頻率振動的焊頭在適度壓力下，使二塊塑膠的接合面產生磨擦熱而瞬間熔融接合，焊接強度可與本體媲美，採用合適的工件和合理的接口設計，可達到水密及氣密，並免除採用輔助品所帶來的不便，實現高效清潔的熔接。

二、鉚焊法：

將超音波超高頻率振動的焊頭，壓着塑膠品突出的梢頭，使其瞬間發熱融成為鉚釘形狀，使不同材質的材料機械鉚合在一起。

三、埋植：

藉着焊頭之傳道及適當之壓力，瞬間將金屬零件（如螺母、螺桿等）擠入預留入塑膠孔內，固定在一定深度，完成後無論拉力、扭力均可媲美傳統模具內成型之強度，可免除射出模受損及射出緩慢之缺點。

四、成型：

本方法與鉚焊法類似，將凹狀的焊頭壓着於塑膠品外圈，焊頭髮出超音波超高頻振動後將塑膠溶融成形而包覆於金屬物件使其固定，且外觀光滑美觀、此方法多使用在電子類、喇叭之固定成形，及化妝品類之鏡片固定等。

五、點焊：

A、將二片塑膠分點熔接無需預先設計焊線，達到熔接目的。

B、對比較大型工件，不易設計焊線的工件進行分點焊接，而達到熔接效果，可同時點焊多點。

六、切割封口：

運用超音波瞬間發振工作原理，對化纖織物進行切割，其優點切口光潔不開裂、不拉絲。

超音波焊接的效果取決於許多因素，例如塑膠類型、產品形狀（幾何外形，壁厚等）、焊接的要求（即粘性、強度、密封等） ^[2]  。

採用超音波熔接工藝的塑料件，在設計時必須要注意接面的形狀、力的傳導與支撐、導能點、溢料的去向等問題，因熱塑性塑料種類繁多，特性各異，又因各方面用途需要差別很大，所以塑料件在設計時就要考慮超音波熔接的工藝要求。

超音波熔接機中焊頭的設計是至關重要的，只有達到諧振狀態才能焊出滿意的產品，音波發生器才能穩定發振 ^[1]  。

1.相同熔點的塑料材質熔接強度愈強。2.塑料材質熔點差距愈大，熔接強度愈小。3.塑料材質的密度愈高（硬質）會比密度愈低（韌性高）的熔接強度高。

在超音波熔接作業中，產品表面產生傷痕、結合處斷裂或有裂痕是常見的。因為在超音波作業中會產生兩種情形：1.高熱能直接接觸塑料產品表面2.振動傳導。

所以超音波發振作用於塑料產品時，產品表面就容易發生燙傷，而1mm以內肉厚較薄之塑料柱或孔，也極易產生破裂現象，這是超音波作業先決現象是無可避免的。而在另一方面，有因超音波輸出能量的不足，在振動摩擦能量轉換為熱能時需要用長時間來熔接，以累積熱能來彌補輸出功率的不足。此種熔接方式，不是在瞬間達到的振動摩擦熱能，而需靠熔接時間來累積熱能，期使塑料產品之熔點到達成為熔接效果，如此將造成熱能停留在產品表面過久，而所累積的温度與壓力也將造成產品的燙傷、震斷或破裂。是以此時必須考慮功率輸出（段數）、熔接時間、動態壓力等配合因素，來克服此種作業缺失。

解決方法：1.降低壓力。2.減少延遲時間（提早發振））。3.減少熔接時間。4.引用介質覆蓋（如PE袋）。5.模治具表面處理（硬化或鍍鉻）。6.機台段數降低或減少上模擴大比。7.易震裂或斷之產品，治具宜製成緩衝，如軟性樹脂或覆蓋軟木塞等（此項指不影響熔接強度）。8.易斷裂產品於直角處加R角。

發生這種變形我們規納其原因有三：1.本體與欲熔接物或蓋因角度或弧度無法相互吻合；2.產品肉厚薄（2mm以內）且長度超出60mm以上；3.產品因射出成型壓力等條件導致變形扭曲。

解決方法：1.降低壓力（壓力最好在2kg以下）。2.減少超音波熔接時間（降低強度標準）。3.增加硬化時間（至少0.8秒以上）。4.分析超音波上下模是否可局部調整（非必要時）。5.分析產品變形主因，予以改善。

超音波熔接後發生產品破壞原因如下：1.超音波熔接機功率輸出太強；2.超音波能量擴大器能量輸出太強；3.底模治具受力點懸空，受超音波傳導振動而破壞；4.塑料製品高、細成底部直角，而未設緩衝疏導能量的R角；5.不正確的超音波加工條件；6.塑料產品之柱或較脆弱部位，開置於塑料模分模在線。

解決方法：1.提早超音波發振時間（避免接觸發振）。2.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。3.減少機台功率段數或小功率機台。4.降低超音波模具擴大比。5.底模受力處墊緩衝橡膠。6.底模與製品避免懸空或間隙。7.HORN（上模）掏孔後重測頻率。8.上模掏孔後貼上富彈性材料。

超音波熔接後產品發生溢料或毛邊原因如下：1.超音波功率太強；2.超音波熔接時間太長；3.空氣壓力（動態）太大；4.上模下壓力（靜態）太大；5.上模（HORN）能量擴大比率太大；6.塑料製品導熔線太外側或太高或粗。

解決方法：1.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。2.減少機台功率段數或小功率機台。3.降低超音波模具擴大比。4.使用超音波機台微調定位固定。5.修改超音波導熔線。

在超音波熔接作業中，產品無法控制於公差範圍有其下述原因：1.機台穩定性（能量轉換未增設安全係數）；2.塑料產品變形量超出超音波自然熔合範圍；3.治具定位或承受力不穩定；4.超音波上模能量擴大輸出不配合；5.熔接加工條件未增設安全係數。

解決方法：1.增加熔接安全係數（依序由熔接時間、壓力、功率）。2.啓用微調固定螺絲（應可控制到0.02mm）。3.檢查超音波上模輸出能量是否足夠（不足時增加段數）。4.檢查治具定位與產品承受力是否穩合。5.修改超音波導熔線。

超音波熔接普遍運用於汽車行業、電子行業、醫療行業、家電行業、無紡布服裝、辦公用品、包裝行業、玩具行業等。比如車身塑料零件，汽車車門、汽車汽車儀表、車燈車鏡、遮陽板、內飾件、濾清器，反光材料、反光道釘、保險槓、拉索、摩托車用塑料濾清器、散熱器、制動液罐、油杯、水箱、油箱、風管、尾氣淨化器、托盤濾板；塑膠電子：預付費水錶電錶，通訊設備，無繩電話，手機配件，手機殼，電池殼，充電器、閥控式密封維護鉛酸蓄電池，3寸軟盤，U盤，SD卡，CF卡，USB接插件、藍牙；玩具文具：文件夾，相冊，折盒，PP中空板，筆套，墨盒，硒鼓，；醫用日用：手錶，廚具，口服液瓶蓋，點滴瓶蓋、手機飾件，金柔刷，日用品，衞生用品，兒童用品，空氣牀墊，衣架，刀柄，園藝用品，櫥具潔具，花灑，金柔刷，淋浴頭，防偽瓶蓋，化妝品瓶蓋，咖啡壺，洗衣機、空氣除濕機，電熨斗、電水壺、吸塵器，音箱金屬面蓋及土木格柵等。