超聲波塑料焊接由于快捷、衛(wèi)生、強(qiáng)度較高、控制方便而得到人們的廣泛重視。通常應(yīng)用的超聲波塑料焊機(jī)工作頻率一般為20kHz,對(duì)于小件及精密零件焊接也有采用30~40kHz、75kHz、300kHz等。盡管這些焊機(jī)的工作頻率已經(jīng)超過(guò)了人耳可聽(tīng)閾(16kHz),但由于超聲波焊接是利用高頻振動(dòng)來(lái)產(chǎn)熱，這種振動(dòng)勢(shì)必造成低頻振動(dòng)的激勵(lì)和諧音的產(chǎn)生，從而引發(fā)了人耳可聽(tīng)的噪音存在。研究表明,這些高頻及低頻振動(dòng)(聲音)有時(shí)會(huì)引起頭疼、疲勞、甚至造成眩暈、惡心、嘔吐以及聽(tīng)力下降等不良反應(yīng)。本文綜合實(shí)際的焊接研究工作探究了超聲波塑料焊接過(guò)程中噪音產(chǎn)生的主要原因及可能的防止措施。
超聲波焊接利用高頻振動(dòng)來(lái)獲得焊接效應(yīng)，那么超聲的產(chǎn)生、傳播、放大、聚焦所有聲波傳遞過(guò)程中，所有不當(dāng)?shù)牡胤骄鶗?huì)產(chǎn)生噪音。超聲波焊機(jī)基本由電控系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)以及聲學(xué)系統(tǒng)等組成。噪音的產(chǎn)生，主要集中在聲學(xué)系統(tǒng)，還有一部分來(lái)源于加壓系統(tǒng)。聲學(xué)系統(tǒng)主要有換能器、變幅桿和焊頭組成，換能器將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、然后變幅桿放大，最后通過(guò)與焊件幾何形狀匹配的焊頭傳遞給焊件。上述的機(jī)械能在焊件的接頭處轉(zhuǎn)化為熱能，從而熔化塑料，在壓力作用下形成接頭。在這一系列過(guò)程中，聲波傳輸在焊件處并沒(méi)有停止，還要通過(guò)底座，所有這些聲波傳輸都有可能是噪音的來(lái)源。
對(duì)于超聲焊接，焊接壓力是一個(gè)必需且非常重要的工藝參數(shù)。首先必須有壓力才能造成工件的接觸和聲波的耦合，更主要的是壓力決定著產(chǎn)熱、接頭的強(qiáng)度和應(yīng)力狀態(tài)。一般焊接壓力由機(jī)架提供，與聲學(xué)系統(tǒng)的切入點(diǎn)是在聲學(xué)系統(tǒng)的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上。一般選擇在變幅桿上，此點(diǎn)理論上振動(dòng)速度為0。然而當(dāng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或在焊接過(guò)程中聲學(xué)系統(tǒng)頻率隨工況變化時(shí)，變幅桿的節(jié)點(diǎn)將會(huì)發(fā)生飄移。此時(shí)夾持點(diǎn)的振動(dòng)速度不等于0。這樣一方面降低了聲傳輸效率，另一方面由于高頻振動(dòng)由夾持點(diǎn)導(dǎo)入到機(jī)架中，激勵(lì)起相關(guān)的振動(dòng)，從而引發(fā)噪音出現(xiàn)。
