1.射頻連接器超聲波焊接基本原理及流程

  1.1超聲波焊接介紹及基本原理

   超聲波焊接是運用超音波振動頻率，觸碰磨擦造成能源而使2個塑膠件在焊接頁面熔化而固定不動在一起。超聲波焊接是一種便捷、整潔、合理的機械加工工藝，用以達到塑膠件高韌性的安裝規(guī)定，是普遍應用的一種優(yōu)秀安裝技術性，適用各種類型塑膠件的安裝。一切正常狀況下，超音波焊接件具備較高的抗壓強度，能夠 替代有機溶劑黏膠及機械設備擰緊等安裝方式 ，與此同時還能夠具備防潮、防水的密封性實際效果。

   超聲波焊接的原理是根據(jù)超音波產(chǎn)生器將50 Hz或60 Hz電流量轉化成 15、20、30或40 kHz的電磁能，被變換的高頻率電磁能根據(jù)超聲波換能器再度被變換變成 同樣頻率的分子熱運動，接著分子熱運動根據(jù)一套能夠 更改震幅的調(diào)幅器設備傳送到超聲波模具，如圖所示1所顯示。

圖1超聲波焊接基本原理

   超聲波模具將接受到的震動動能傳送到待焊接塑膠件的頁面，在該地區(qū)，震動動能根據(jù)磨擦方法被變換為能源，將塑料熔融，震動終止后保持在塑膠件上的短暫性工作壓力使兩塑膠件以分子結構接口方式凝結為一體，如圖所示2所顯示。

圖2超聲波焊接全過程

  1.2超聲波焊接流程

  超聲波焊接詳盡流程如圖所示3所顯示：

圖3超聲波焊接詳盡流程

  1.3超聲波焊接在射頻連接器中的應用領域、優(yōu)勢及局限

  1.3.1超聲波焊接在射頻連接器中的應用領域

   超聲波焊接是一種迅速高效率的聯(lián)接技術性，不用助焊劑和外界加溫。超音波塑料焊接以其生產(chǎn)制造高效率、生產(chǎn)制造低成本、精密度確保高、品質(zhì)一致性好合維護保養(yǎng)方便使用等優(yōu)勢，廣泛運用于射頻連接器領域。

   超聲波焊接能夠 運用到必須 塑料聯(lián)接的場所。針對兩瑜伽體式的導體和絕緣體聯(lián)接，能夠 立即運用超聲波焊接來取代傳統(tǒng)式的膠黏劑粘合。針對借助倒勾相握的導體和絕緣體聯(lián)接方式還可以立即改成超聲波焊接，撤銷原倒勾和橫抽芯的模具設計，做到簡單化模具設計、提升商品穩(wěn)定性的目地。針對一體式的印制電路板射頻連接器，改成超聲波焊接構造能夠 處理導體和絕緣體裂開難題，防止塑壓主要參數(shù)的客觀性或人為因素的轉變 導致大批量生產(chǎn)不穩(wěn)定，且能夠 簡單化構造。

  1.3.2超聲波焊接的優(yōu)勢

   超聲波焊接是一種便捷、十凈、穩(wěn)定性高的機械加工工藝，具備下列優(yōu)勢：

   1)焊接速度更快，高效率。絕大多數(shù)超聲波焊接能夠 在0.1?0.5 s以內(nèi)進行；

   2)低成本。因為高效率，人力成本低，與此同時省掉了很多工裝夾具、黏合劑或是機械設備標準件等的應用，因而超聲波焊接是一種十分經(jīng)濟發(fā)展的塑膠件安裝方法；

   3)抗壓強度高。超聲波焊接基本上能夠 做到塑膠件本身抗壓強度的80%之上；

   4)有效的塑膠件設計方案能夠 促使超聲波焊接做到防潮實際效果；

   5)表層質(zhì)量好，點焊美觀大方，能夠 完成無縫拼接焊接；

   6)工藝流程簡約，實際操作簡易，能夠 完成自動化技術焊接；

   7)質(zhì)量平穩(wěn)，產(chǎn)品品質(zhì)平穩(wěn)靠譜，適合批量生產(chǎn)；

   8)超聲波焊接全過程清理、平穩(wěn)、靠譜，并且卡路里消耗低。

  1.3.3超聲波焊接的局限

   盡管超聲波焊接有諸多的優(yōu)勢，但超聲波焊接也是有一定的局限，在挑選超聲波焊接加工工藝以前及開展超聲波焊接塑膠件零件設計方案時，務必清晰掌握超聲波焊接的局限，并根據(jù)有效的零件設計方案來防止超聲波焊接缺點的造成及提升焊接的品質(zhì)。

   1)原材料的約束性。超聲波焊接并不能夠焊接全部的塑料，這也是超聲波焊接較大的局限。有的塑料焊接性能好，有的塑料焊接性能差，并且超聲波焊接一般僅合適于一種或是類似塑料中間的焊接。假如2個塑膠件原材料不一樣，大部分情況下超聲波焊接束手無策。因而，一旦選中超聲波焊接加工工藝，就不可以隨便變更零件原材料。

   2)不脫卸式性。超聲波焊接不是脫卸式性聯(lián)接，沒法開展返修。一旦2個零件歷經(jīng)超聲波焊接裝配成一體，以后假如發(fā)覺商品存有產(chǎn)品質(zhì)量問題，零件沒法開展返修。

   3)零件尺寸和樣子的限定。大中小型的塑膠件合適超聲波焊接，規(guī)格一般低于250mmx300 mm，很大的零件很有可能必須 好幾個焊接工藝流程，焊接實際效果很有可能不理想化。超聲波焊接一般適用樣子較為單一的塑膠件，針對樣子繁雜的塑膠件，焊接品質(zhì)很有可能較低。

   4)零件構造抗壓強度的限定。超音波的動能非常大，在焊接全過程中有可能導致塑膠件自身由于抗壓強度不足而產(chǎn)生毀壞，與此同時也很有可能導致商品內(nèi)部別的零部件的毀壞。因而，在開展設計產(chǎn)品時，應盡量提升塑膠件的抗壓強度和商品內(nèi)部別的零部件的抗壓強度，或是將零部件避開焊接地區(qū)，盡可能把抗壓強度不太高的別的零部件分配在超聲波焊接工藝流程以后再開展安裝。

   5)對超聲波焊接實際操作工作人員規(guī)定高。現(xiàn)階段超聲波焊接品質(zhì)對超聲波焊接機的調(diào)機技術性，及其對作業(yè)者的仔細水平都是有非常大的依賴感。許多 商品在第一次時間短超聲波焊接的時候會發(fā)生焊接不足堅固或是焊接表層過多熔融等產(chǎn)品質(zhì)量問題，此通常令人誤認為超聲波焊接的品質(zhì)就只有做到這一步，但實際上 絕大部分的產(chǎn)品質(zhì)量問題能夠 根據(jù)焊接主要參數(shù)調(diào)節(jié)而獲得處理，但是這必須 依靠調(diào)機技術性及其作業(yè)者的仔細水平。最有效的方式 是請超聲設備經(jīng)銷商技術專業(yè)工作人員給予協(xié)助。

   6)超音波針對人的英語聽力有損害，應準備好勞動保護用品。

  2.射頻連接器超聲波焊接總體設計關鍵點

   現(xiàn)階段危害超聲波焊接構造焊接品質(zhì)的要素關鍵有焊接外殼的原材料、導熔線的設計方案、超聲波焊接殼體結構設計方案及超聲波焊接機器設備等要素危害，下邊各自對以上要素開展進行剖析。

  2.1塑料原材料的挑選

  2.1.1塑料特點

  塑料分成熱固性塑料塑料和熱固性塑料。

   熱固性塑料塑料可塑但不可逆。第一次加溫時可熔融流動性，加溫到一定溫度，造成化學變化，化學交聯(lián)干固發(fā)硬而產(chǎn)生固態(tài)；但這類轉變 時不可逆的，當再次遇熱充壓時，熱固性塑料塑料不可以再度熔融。因而，超聲波焊接不可以焊接熱固性塑料塑料。熱固性塑料可塑又可逆性，當?shù)谝患訙禺a(chǎn)生固態(tài)后，其內(nèi)部構造僅歷經(jīng)形狀的轉變 ，是可逆性的；再次加溫和充壓時，可以再次熔融并再度產(chǎn)生固態(tài)。超聲波焊接可以焊接絕大多數(shù)的熱固性塑料。熱固性塑料又分成不定形塑料和半結晶體塑料。因為二者的分子式和排列不一樣，二者的超聲波焊接性能又有一定的區(qū)別。不定形塑料的分子式呈隨機分布，沒有一個確立的溶點Tm，其在一個很普遍的溫度范圍內(nèi)逐漸變軟、熔融和流動性；而不是一旦加溫到某一溫度就馬上從固態(tài)熔融，隨后又馬上干固。不定形塑料的這類特點十分便于傳輸超音波震動工作能力，可以在很大的工作壓力和震幅范疇內(nèi)開展超聲波焊接。半結晶體塑料的分子式在部分呈周期性遍布，有一個確立的溶點Tm。在溫度做到溶點以前，半結晶體塑料持續(xù)保持著固體；當溫度做到溶點后，全部分子結構鏈馬上幵始健身運動，并馬上干固。不定形塑料和半結晶體塑料的熔融全過程差別如圖4所顯示。

圖4不定形塑料和半結晶體塑料的熔融全過程

   半結晶體塑料呈周期性遍布的分子式類似扭簧，很容易消化吸收髙頻的超音波震動動能，促使動能難以從超聲波模具傳送到焊接頁面，務必有充足大的超音波動能才可以使半結晶體塑料熔融。因而，相對性于不定形塑料，半結晶體塑料較為難焊接。為了更好地使半結晶體塑料得到較高的焊接品質(zhì)，通常必須 考慮到大量的要素，比如較髙的震幅、適合的焊接頁面設計、超聲波模具的觸碰、焊接的間距及其焊接工裝夾具等。

   在挑選超聲波焊接外殼原材料時，能甄選不定形塑料就甄選，如ABS、PPO等；不一樣種材料中間有的能更強的焊接，有的基本上能相熔，有的不相熔，焊接時要甄選相同原材料開展超聲波焊接。相同原材料中間溶點是同樣的，從基本原理講是能夠 焊接的，可是若想焊接的產(chǎn)品工件的溶點超過350℃時，就沒有可用超聲波溶接，由于超聲波是一瞬間使產(chǎn)品工件分子結構熔融，分辨根據(jù)是在3秒以內(nèi)，不可以優(yōu)良溶接，應挑選別的焊接加工工藝，如熱板焊接等。普遍的不定形塑料、半結晶體塑料及焊接兼容模式如圖所示5所顯示：

圖5塑料中間超聲波焊接兼容模式

  2.1.2別的因素

   在超聲波焊接時，還必須 考慮到別的一些要素，這種要素包含注入全過程的危害、吸水能力、脫膜劑、潤滑液、添加劑、添加物、無鹵阻燃劑、再生料、染料及塑料級別等。

   (1)塑料的吸水能力：

   塑料的吸水能力是超聲波焊接性能的關鍵影響因素。假如塑料帶有太多的水份，在超聲波焊接全過程中，當溫度做到空氣密度時，塑料中的水份揮發(fā)和汽化，焊接頁面呈粘狀，促使超聲波焊接抗壓強度低，與此同時難以得到密封性性能及其高品質(zhì)的外型；此外，太多的水份還會繼續(xù)導致焊接時間的增加，焊接成本上升，如下圖所顯示：

圖6塑料吸水能力對焊接時間的危害

   具備吸水能力的塑膠件應當在注入進行后立刻開展超聲波焊接。假如不可以立刻開展焊接，應當以配有防潮劑的PE袋開展密封性包裝；沒有密封性包裝的吸濕塑膠件，在焊接以前應當開展烘干處理。

  (2)脫膜劑：

   脫膜劑常常立即撒到模貝凹模內(nèi)，根據(jù)降低塑膠件與凹模滑動摩擦力的方法，協(xié)助塑膠件從凹模中滑脫。悲劇的是，在超聲波焊接時，脫膜劑也會減少焊接頁面上兩塑膠件的表層滑動摩擦力，而超聲波焊接加工工藝恰好是借助表層磨擦造成熱的，脫膜劑會減少超聲波焊接性能。此外，脫膜劑中的化合物也會危害理想化焊接抗壓強度的得到。因而，針對必須 開展超聲波焊接的塑膠件，務必在注入全過程中防止應用脫膜劑。假如迫不得已應用脫膜劑，則在焊接前務必清理塑膠件，但是僅有一些脫膜劑可以清理整潔。強烈推薦應用偏干脫膜劑，其對超聲波焊接性能危害最少，乃至無須在焊接開展前清理。盡量減少應用硅、氟、硬脂酸鋅和聚醚鋁等種類的脫膜劑。

  (3)潤滑液：

   潤滑液比如蠟、硬脂酸鋅、聚醚鋁、聚醚和油酸等被添加到塑料中用以提升流通性和提升注入性能?？墒牵诔暡ê附訒r，潤滑液會減少焊接頁面的摩擦阻力，進而危害塑料的超聲波焊接性能。(4)填充料：

   為了更好地提升塑料的結構力學性能，塑料中會添加填充料，常見的填充料有玻纖、碳纖維材料、輕鈣粉及其碳酸氫鈣等。玻纖加上到塑料中用以提升塑料的沖擊韌性和規(guī)格可靠性。一般的礦物填充料，如玻纖和輕鈣粉，會提升塑料傳輸震動的工作能力，提髙塑料的超聲波焊接性能，特別是針對半結晶體塑料。一般來說，10%?20%的玻纖會明顯提升塑料的超聲波焊接性能?？墒?，占比過交流會產(chǎn)生別的難題。比如，填充料的占比若是為30%，但在部分的焊接頁面，真正的占比很有可能早已超出30%，促使在焊接頁面沒有充足的塑料熔融而獲得理想的焊接品質(zhì)。當填充料占比超出40%時，很有可能在焊接頁面不能焊接的原材料比可焊接的原材料還多，這就代表著超聲波焊接性能會越來越很差。

  (5)再生料：

   因為塑料的可冋收性和為了更好地減少零件原材料成本費，在塑料中經(jīng)常會添加再生料。超聲波焊接容許在塑料中添加再生料，由于再生料自身是同一種塑料，可是，再生料的占比不可以過大，并且再生料不可以是早已溶解的或是被環(huán)境污染的，不然會發(fā)生焊接產(chǎn)品質(zhì)量問題。為了更好地確保焊接的品質(zhì)，射頻連接器超聲波焊接不允許應用再生料。

  (6)黑色素：

   黑色素對塑料的超聲波焊接性能危害較小，除非是黑色素的占比過高。對比別的色調(diào)，乳白色和灰黑色一般 必須 加上大量的黑色素，有可能產(chǎn)生一些焊接難題。同一種塑料的不一樣色調(diào)很有可能必須 不一樣的焊接主要參數(shù)，能夠 根據(jù)調(diào)機來得到。

  (7)塑料級別：

   塑料級別對塑料的超聲波焊接性能具備非常大的危害。同一種塑料的不一樣級別很有可能會出現(xiàn)不一樣的溶點和不一樣的流動性特點。

  2.2導熔線的設計方案

   超聲波焊接時，2個塑膠件的原始觸碰總面積務必充足小，以集中化動能，與此同時降低塑料熔融和焊接需要的整體動能。導熔線頂部越尖越好，基本上功效是將震動動能集聚在三角形的頂尖，之后積累的發(fā)熱量在全部焊接頁面產(chǎn)生勻稱的塑料熔流。導熔線的優(yōu)勢包含：1)提升焊接的抗壓強度，降低空焊。導熔線有利于2個塑膠件的焊接，可提升焊接的抗壓強度。應用導熔線的超聲波焊接假如產(chǎn)生空焊，則2個塑膠件中間會發(fā)生斷差，非常容易發(fā)覺空焊的缺點、進而防止空焊的造成；而沒有導熔線的超聲波焊接假如發(fā)生了空焊，則難以根據(jù)外型開展鑒別。2)降低溢料，提升外型。導熔線促使超聲波模具與塑膠件的觸碰時間減少，因而較少漏膠。此外，因為焊接地區(qū)縮小，防止了原材料沉積進而降低漏膠。根據(jù)有效的導熔線及焊接總體設計，超聲波焊接能夠 具備高質(zhì)量的外型。3)減少焊接時間。導熔線可降低塑料熔融和焊接需要的整體動能，進而減少焊接時間，圖7所顯示為無導熔線與有導熔線的焊接時間比照，應用導熔線的焊接塑料更早熔融和熔生成一體。與此同時，焊接時間的減少有利于防止塑膠件長期焊接而造成的過焊難題。4)降低震幅。導熔線促使超聲波焊接在達到焊接品質(zhì)的前提條件下，必須 較小的焊接動能，進而能夠 減少焊接震幅。

圖7無導熔線與有導熔線的焊接時間比照

  2.2.1導熔線的基本上設計方案

   恰當?shù)膶劬€設計方案是提升超聲波焊接抗壓強度和品質(zhì)，減少生產(chǎn)周期的重要。導熔線務必具有的標準是最開始的觸碰總面積不能很大。相對性于不定形塑料，半結晶體塑料規(guī)定導熔線的視角更尖，這是由于半結晶體塑料自身并不太有利于超聲波焊接動能的傳輸。一般來說，不定形塑料的導熔線頂部視角為90°，半結晶體塑料的導熔線頂端角度為60°，如圖8所示。

圖8無定形塑料和半結晶塑料的導熔線設計

   此外導熔線頂端角度常用的還有45°和120°，一般來說導熔線頂端角度在30°-120°之間為宜。導熔線可設計在任意一個焊接零件上，推薦把導熔線設計在與焊頭接觸的塑膠件上。錯誤的導熔線設計不利于兩個塑膠件之間的超聲波焊接，如圖9所示。

圖9錯誤導熔線示例

  2.2.2十字交叉型導熔線

   十字交叉型導熔線是指在兩個焊接塑膠件上均設置互相垂直交叉的導熔線，以在焊接時提供最小的初始接觸面積，同時使得兩個零件上的更多的塑料能夠熔合為一體,如圖10所示。十字交叉型焊接能夠提高超聲波焊接強度，縮短焊接時間和減小焊接功率，但容易產(chǎn)生斷差和溢膠。兩個塑膠件上的導熔線尺寸均應當為常規(guī)尺寸的60%，導熔線頂端角度為60°。當產(chǎn)品有水密和氣密的要求時，可將與焊頭接觸的導熔線連續(xù)排列，呈鋸齒形狀，導熔線之間沒有間隙，如圖11所示.

圖10十字交叉型導熔線圖11十字交叉鋸齒型導熔線

   這種設計的缺點是超聲波焊接為熔合更多塑料，很有可能造成溢料，影響產(chǎn)品表面外觀質(zhì)量，因此這種設計適用于溝槽型或階梯型超聲波焊接結構中以隱藏溢料。連接器導熔線設計不建議采用此種導熔線設計，溢料不可控。

  2.2.3導熔線垂直于壁

   導熔線垂直于壁，可以用于提高焊接的抗剝離力以及減少溢膠。這種設計適用于非密封要求的產(chǎn)品中。如圖12所示：

圖12導熔線垂直于壁

  2.2.4間斷的導熔線

   導熔線是不連續(xù)、間斷的，可用于減小焊接能量的設計，這種設計會降低焊接強度，適用于非密封要求的產(chǎn)品中。具體如圖13所示：

圖13間斷的導熔線

  2.2.5鑿子型導熔線

   當塑膠件尺寸小于1mm時，常規(guī)的導熔線可能會較小，造成焊接強度不夠，可使用鑿子型導熔線，如圖14所示。鑿子型導熔線的高度為0.38-0.50mm，角度為45°；鑿子型導熔線位于臺階的內(nèi)側，可確保焊接時不會脫離狹小的焊接界面，另外還可以使得塑料熔料遠離產(chǎn)品開口區(qū)域，但此焊線結構易導致向產(chǎn)品內(nèi)側溢料。

圖14鑿子型導熔線

  2.2.6溝槽型導熔線

   溝槽型焊接采用間距式移位焊接，設計時凹凸面保持一定的間隙和斜度，適用于要求完全密封的焊件。同時，溝槽式焊接界面提供自定位功能。適當?shù)脑黾觾蓚€塑膠件非焊接界面的間隙可以防止溢膠的產(chǎn)生，如圖15所示

圖15溝槽型焊接結構

  2.3超聲波焊接設備的選擇

   影響超聲波焊接質(zhì)量除了上述材料、導熔線結構等設計因素外，超聲波焊接設備也嚴重影響焊接質(zhì)量。超聲波焊接設備根據(jù)不同的分類標注有不同種類，按頻率分有15K、20K、30K等超聲波焊接機；按功率分有1500W、4000W等超聲波焊接機。不同種類超聲波焊接機并沒有品質(zhì)的好壞之分，只是適用的產(chǎn)品場合不一樣。對于連接器超聲波焊接而言，以超聲波焊接設備頻率來簡單介紹下各自的優(yōu)劣點。

   超聲波焊接機以頻率分類時，常見的頻率有15KHZ、20HKZ和30KHZ超聲波焊接機，超聲波頻率越高，焊接精度越好，但相對功率越小，振幅也越小。對連接器超聲波焊接來說，上述3種規(guī)格的超聲波焊接機基本可以滿足所有的焊接。

   超聲波頻率低就會產(chǎn)生噪音，當頻率低于20KHZ時，超聲波焊接時噪音變得很大。對焊接精度要求越高、塑料件相對小的塑料產(chǎn)品，頻率越高越好。20KHZ及更高頻率的超聲波焊接機適合精密型、超薄型、非常脆弱的塑膠部件；15KHZ超聲波焊接機功率更容易做大，振幅也比較大，適合于較大型的，難焊接的，比較粗獷的塑膠產(chǎn)品。一般而言，不同頻率的焊接機，其換能器及焊頭尺寸是不一致的，焊接頻率越大，其換能器及焊頭尺寸越小。

   選擇設備時要注意，連接器塑料殼體尺寸基本都很小，內(nèi)部焊接要求很精密，建議優(yōu)先選擇20KHZ以上的高頻率的超聲波焊接機，行程精度最好能控制在±0.02mm以內(nèi)，其他焊接參數(shù)可以精密微調(diào)的超聲波焊接機。

   同一設備，不同的焊接參數(shù)，導致不同的焊接質(zhì)量，設備的焊接參數(shù)設置，對于產(chǎn)品焊接質(zhì)量的影響是非常重要的。超聲波設備中，影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù)主要是振幅、焊接時間、焊接壓力等。

   振幅的影響：振幅是塑料在超聲波焊接時首要選擇的工藝參數(shù)，材料在特定的超聲波焊接下都有適宜的振幅范圍。

   焊接時間的影響：良好的焊接質(zhì)量，必須選擇適當?shù)暮附訒r間，過長或者過短的焊接時間都會造成焊接接頭強度的下降；焊接時間不受材料的厚度影響，薄膜的超聲波焊接同樣存在較優(yōu)的焊接時間。

   焊接壓力的影響：其他因素確定的情況下，一定范圍內(nèi)的壓力能取得較優(yōu)的焊接時間。焊接壓力對焊接熔融區(qū)的厚度和取向程度有較大的影響，焊接壓力增加，熔融層厚度減小，焊接接頭的取向程度增加，宏觀表現(xiàn)為焊接壓力增加，接頭沿取向方向的剪切程度增加，垂直于取向方向的彎曲強度降低。

   焊頭下降速度的影響：一定條件下，焊頭下降速度越快，達到的焊接接頭強度越高。在超聲波焊接過程中，高的下降速度能夠得到高的接觸壓力，有利于焊接界面緊密的接觸和分析充分的擴散。

   保壓時間和保壓壓力的影響：超聲波停止后，為了使焊接試樣相互緊貼固化，從而使兩工件能夠很好的焊接在一起，需要在一定的時間內(nèi)保持一定的壓力，所需時間和壓力就是保壓時間和保壓壓力。保壓時間和保壓壓力對焊接接頭強度的影響是正面的，但相對于其他工藝參數(shù)，保壓時間和保壓壓力對焊接接頭強度的影響很小。

   上述焊接設備的工藝參數(shù)并沒有具體的參考范圍，不同材料不同結構對應不同的工藝參數(shù)，需要根據(jù)不同產(chǎn)品來調(diào)整焊接工藝參數(shù)，然后固化。