介紹超音波熔接的原理 (Ultrasonic Welding)

超音波塑膠熔接/焊接(Ultrasonic Welding)的原理基本上就是把聲音轉換成熱能的一種加工方法。它基本上由發聲器產生20KHZ或15KHZ的高頻率信號,通過固定於超音波機器上的【能量轉換器焊頭(HORN)】直接接觸於塑膠製品的工件上,藉由高頻振動使得工件內的分子發生劇烈摩擦而產生局部高溫,當溫度高於塑膠的熔點就會融化塑膠,等熔融的塑膠冷卻後就會重新固化黏合以達到熔接的效果。這就是為什麼超音波操作時都會聽到「啾!」的聲響,這就是振動的聲音。超音波塑膠熔接/焊接(Ultrasonic Welding)的原理基本上就是把聲音轉換成熱能的一種加工方法。它基本上由發聲器產生20KHZ或15KHZ的高頻率信號,通過固定於超音波機器上的【能量轉換器焊頭(HORN)】直接接觸於塑膠製品的工件上,藉由高頻振動使得工件內的分子發生劇烈摩擦而產生局部高溫,當溫度高於塑膠的熔點就會融化塑膠,等熔融的塑膠冷卻後就會重新固化黏合以達到熔接的效果。這就是為什麼超音波操作時都會聽到「啾!」的聲響,這就是振動的聲音。







操作超音波機器時除了需要聲音轉換為熱能外,通常還得施加一定的壓力於工件上,所以機器上面會有一氣壓缸,施加壓力的目的,一來可以加壓埋植物品以加速進入塑膠工件或是接合兩個不同的塑膠工件;二來給予持續的壓力直到熔融的塑膠冷卻再定型,可以避免熔接的兩個工件因熔接未完全就移除壓力而造成的鬆脫。

【超音波熔接】通常是用來將兩個固態物件熔接在一起,而不需要使用到任何的溶劑及黏著劑,其優點是

在電子產業中也常見其應用,不過超音波熔接是屬於不可逆的一種工法,所以通常運用在不需要再被拆開的機構上面,也可以用來保護不可以被使用者拆開的產品上面,最常見到的應用有:

其他更多關於超音波在工程上的應用可以參考【簡介各種超音波(超聲波)的不同應用】一文。


延伸閱讀:
影響塑膠自攻螺絲扭力的因素
瞭解超音波熔接機的操作與參數

超音波熔接 ─ 埋植螺絲塑膠柱破裂的可能原因

訪客留言內容(Comments)

想請問一下有關於停震裝置一些問題
使用上模為20KHZ
那一般停震裝置有所謂正負公差值?
如果有數劇大概會介於多少呢

冷冰;
這個可真的難倒我了!
看看有沒有這方面的專家跳出來解答吧!

工作狂人….想請教您..
最近遇到一個超音波問題. 之前模具壞了現重開一副模具後 ..現在裝上去 都熔接不起來耶…一樣有”啾 “的聲音… 但是 我們用小副的模具去壓就可以壓合….後來模具移到別台機台去壓合 ..結果也 熔接不起來來… 這跟什麼單向電 三向電 壓 會有關 係嗎??

vicky;
建議你想想超音波的原理,然後再看看為何新的治具會有較差的結果。
如果還是不行,找超音波或是作horn的廠商量測能量傳遞吧!這樣比較快。

有照之前的機器頻率去製造焊頭嗎?

工作狂人 想請教您
備有環氧樹酯膠的PI膜 能以超音波熔接方式與PA塑料融合嗎?

yc;
這個沒有實際做過,建議你請教一下超音波的製造商,或拿些樣品實際試看看。

想請教一下~
近期有產品使用到塑膠件超音波熔接的製程
發現2個熔接的塑膠件,如果表面有噴漆處理,超音波熔接會產生不牢固的狀況發生~
請問這種情況除了熔接面遮噴的解決辦法之外,能否增加熔接線面積或熔接線肉厚高度改善黏著牢固性?

Hanchi;
超音波熔接是將兩個各自獨的元件熔焊在一起,如果熔接的表面有無法熔接的材質,理論上一定會影響熔接的效果,
增加熔接線的面積會有幫助,但效果應該有限,這個要取捨。

hello
我想請教一下
我有兩個中空圓柱體 想做超音波熔接(一個長約71mm 一個約20mm 都是pc材 肉厚2.0mm) 需要防水

導融線設計在20mm殼上 上下兩殼設計成圓形段差面做定位與超音波融接 (導融線在內層斷差面上)

請問這樣有辦法做超音波熔接嗎?

不會不有horn頭加壓時受力不均的問題? 而導致超音波線融接時跑掉?
會這樣問是因為 下殼較長 怕模具比較難定位 加壓時下殼變形

kt;
1. 建議你先找做超音波horn頭的廠商先評估一下你的設計是否可行,因為這個超音波頭要很大,功率也要考慮。
2. 要防水的話,一般建議只少要有兩圈以上的熔接線設計。
3. 只有2.0mm厚度,如果沒有用治具定位確實會變形,最好可以使用治具定位。

嗨,您好。
想請教一下,是否有可能或什麼樣的原因會造成,產品塑膠外殼經超音波熔接後,導致產品內部的IC功能毀損?
是否有什麼樣的方式可以避免IC損毀?

文,
超音波熔接靠的就是超音波高頻振動產生能量,所以如果IC連接連動到超因波的震源,就有機會被破壞,只是這IC也太脆弱了吧!
超因波的距離越遠其功率就會越低,所以把IC放遠一點,或是中間有什麼可以緩衝的材料都可以將低超音波的傷害。

工作熊,
謝謝您的回覆。
我的IC已經是在產品的中心了,無法有更佳的位置可選了,IC距離外殼邊緣(超音波之處)約1公分處。
所以我現在僅有的改善方法是加緩衝材料嗎?有建議何種材質的緩衝材料?加在哪裡?
很期待您的回覆,謝謝!!

文;
緩衝材基本上是用來隔離IC,也就是電路板與塑膠之間的接觸,所以如果可以的話要在電路板與塑膠接觸的地方放上緩衝材。
另外,有沒有看看為何IC會被震壞,是IC內部?還是銲錫?然後找出加強的方法。
還有超音波是否一定需要那麼大的能量,時間能不能短一點?

你好 ,請問噴漆後的塑膠表面 ,因為超音波溶接後 ,造成表面損壞 ,是否有保護的方式 ,已經試過鐵佛龍膠帶,但結果膠帶黏在塑膠上 …是買錯嗎 ?

菜鳥,
這個個人沒有研究,也未遇到這樣的問題。

1,請問尼龍加玻纤30%能夠超音波熔接嗎?
如果可以熔接,那麼熔拉的狀況(與ABS相比)好嗎?
2,同樣的問題,如果是PC加玻纤30%呢?
3,同樣的問題,如果是PBT加玻䊹30%呢?

Arming,
建議你直接詢問塑膠粒供應商,或是自己做一些實驗看看,一般含纖的塑膠超音波熔接效果都不好,如果只是要埋值螺母應該還好。

工作狂人 您好!
請教您,兩片PP材質板子,經過超音波熔接,黏着性還是不足,有什麼黏膠介面可以幫助緊固,還是什麼地方要注意。謝謝

文豪,
Sorry!這個愛莫能助。

請問 狂人
除了使用超音波融接跟熱融接還有甚麼辦法不讓使用者拆開我的外殼。但是又可以大量生產。
Cloud

Cloud,
1. 塗膠
2. 利用單方向性的倒勾機構
不過這些都會增加生產的困難度

假設使超音波,要使一個物質密合。溫度會再多少上下呢!?
還有這個物質會有亮點出現。想問超音波上面黏甚們膠帶能不易融解膠帶。並可以使物質產生溶解呢!?。

小白,
建議你先了解一下超音波的原理。
1. 一般超音波在室溫作業,但個人認為溫度應該多少會有一點點影響,這個得視材料特性而定。
2. 不了解你的「這個物質會有亮點出現」是什麼意思?

熊大您好, 不曉得您有沒有看過防水的超音波熔接設計塑膠殼? 像是我目前在設計的塑膠殼是200mmX70mm的大小, 有考慮您說的兩層榕接線的設計(排熔接線的肉區夠寬可以排兩條), 只是怕會不會有哪個區域沒融到的狀況造成漏氣漏水(我們需求IP65) 不曉得關於熔接密閉性的可靠度如何?

小高,
如果擔心超音波無法達到完全防水的效果,建議你預設計可以添加防水膠的地方。
經驗顯示純粹使用塑膠超音波熔接的良率可能無法百分百可以達到IP67以上,但IP65還是有機會,不過建議為自己留一手,有備無患。

你好,
我在找超音波熔接相關資料的時候發現下面那個網站
完全複製貼上你的文章

不知道你是不是有授權給他呢?

然後非常謝謝你的相關文章介紹
剛出社會有很多學校沒學過的知識
真的受益良多, 謝謝:D

Aubrey,
謝謝您的通知。


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)