超声波塑料焊接由于快捷、卫生、强度较高、控制方便而得到人们的广泛重视。通常应用的超声波塑料焊机工作频率一般为20kHz,对于小件及精密零件焊接也有采用30~40kHz、75kHz、300kHz等。尽管这些焊机的工作频率已经超过了人耳可听阈(16kHz),但由于超声波焊接是利用高频振动来产热,这种振动势必造成低频振动的激励和谐音的产生,从而引发了人耳可听的噪音存在。研究表明,这些高频及低频振动(声音)有时会引起头疼、疲劳、甚至造成眩晕、恶心、呕吐以及听力下降等不良反应。本文综合实际的焊接研究工作探究了超声波塑料焊接过程中噪音产生的主要原因及可能的防止措施。
超声波焊接利用高频振动来获得焊接效应,那么超声的产生、传播、放大、聚焦所有声波传递过程中,所有不当的地方均会产生噪音。超声波焊机基本由电控系统、加压系统以及声学系统等组成。噪音的产生,主要集中在声学系统,还有一部分来源于加压系统。声学系统主要有换能器、变幅杆和焊头组成,换能器将电能转换成机械能、然后变幅杆放大,最后通过与焊件几何形状匹配的焊头传递给焊件。上述的机械能在焊件的接头处转化为热能,从而熔化塑料,在压力作用下形成接头。在这一系列过程中,声波传输在焊件处并没有停止,还要通过底座,所有这些声波传输都有可能是噪音的来源。
对于超声焊接,焊接压力是一个必需且非常重要的工艺参数。首先必须有压力才能造成工件的接触和声波的耦合,更主要的是压力决定着产热、接头的强度和应力状态。一般焊接压力由机架提供,与声学系统的切入点是在声学系统的振动节点上。一般选择在变幅杆上,此点理论上振动速度为0。然而当设计不当或在焊接过程中声学系统频率随工况变化时,变幅杆的节点将会发生飘移。此时夹持点的振动速度不等于0。这样一方面降低了声传输效率,另一方面由于高频振动由夹持点导入到机架中,激励起相关的振动,从而引发噪音出现。