在超聲波焊接過程中,接頭處能量的轉(zhuǎn)換,主要是由超聲波機(jī)械能轉(zhuǎn)換成塑料融合熱能這種能量的變化,直接影響到結(jié)合出溫度的變化,影響融化接頭的質(zhì)量,而對(duì)接頭溫度場(chǎng)的計(jì)算,要基于各種焊接機(jī)理的認(rèn)識(shí),目前關(guān)于超聲波塑料焊接機(jī)里的主要兩種觀點(diǎn):
1. 類似于金屬的摩擦振動(dòng)機(jī)理,認(rèn)為塑料件的表面的緊密壓合當(dāng)超聲波,并向大漢的塑料表面時(shí),塑料質(zhì)點(diǎn)就會(huì)被超聲波激發(fā)而快速振動(dòng),從而產(chǎn)生機(jī)械功,及振動(dòng)的頻率,就是超聲波的頻率,機(jī)械功的表現(xiàn)方式是塑料質(zhì)點(diǎn)因振動(dòng)而引起的連續(xù)交替的受壓和解壓,以致焊接接觸表面之間,因振動(dòng)而產(chǎn)生摩擦,此時(shí),機(jī)械功再轉(zhuǎn)化為熱,是焊接面的溫度升高,極致熔融連接,非焊接面無法摩擦,溫度不會(huì)升高,并不會(huì)破壞。
2. 應(yīng)力應(yīng)變的儲(chǔ)能及轉(zhuǎn)換機(jī)理認(rèn)為,對(duì)于塑料這類粘彈性體來說,超聲波在塑料體中傳播,在接合處受到高頻交變正弦應(yīng)力的反復(fù)壓縮和解壓,到自己發(fā)熱,最終形成接頭。
對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換機(jī)理及熱量,主要是根據(jù)高分子材料的動(dòng)態(tài),熱力學(xué)分析來確定的,在震動(dòng)外力激勵(lì)下,由于固態(tài)高聚物材料響應(yīng)的粘滯效應(yīng)和不良的導(dǎo)熱性能,最終會(huì)使塑料件產(chǎn)生熱軟化,或熱疲勞,通過對(duì)高分子材料的動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析,可以揭示這個(gè),力學(xué)知熱的實(shí)質(zhì)和機(jī)理。
在較快的試驗(yàn)速度下,塑料材料加熱后,應(yīng)立即卸載的壓力,變曲線是不重合的,加載和卸載兩曲線之間的面積,稱為滯后回路,該面積大體每循環(huán)一支材料內(nèi)所積聚的能量,這是由于峰子戀運(yùn)動(dòng)的粘性阻力轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ翢崴?,故稱年智孝任,持續(xù)的交變應(yīng)力會(huì)使塑料溫度升高,加載時(shí)峰值應(yīng)力越高,滯后回路的面積越大,粘性阻力產(chǎn)生的摩擦熱量就越多,同等應(yīng)一下,試驗(yàn)負(fù)載頻率越高,塑料溫度上升也越多。
塑料構(gòu)件在運(yùn)載荷的作用下,發(fā)生滯后熱的現(xiàn)象很普遍,如在高速運(yùn)行的塑料傳動(dòng)零件中,有時(shí)候會(huì)起到破壞的作用,比如滯后熱軟化,在相當(dāng)短的時(shí)間里,交變應(yīng)力引起塑料發(fā)熱降低了,彈性模量,增加了之后回落的面積,進(jìn)而提高了發(fā)熱量,
使溫度升高,塑料最終急劇軟化而突然損壞,在超聲波焊接中,把這種生熱作為焊接熱源。塑料發(fā)生變形時(shí)一部分能量以勢(shì)能的形式被儲(chǔ)存,另一部分以熱的形式被耗散。高聚物,具有高分子量和長(zhǎng)分子鏈,分子運(yùn)動(dòng)有個(gè)時(shí)間過程,其粘彈性在較高頻率下呈現(xiàn)力學(xué)致熱特征。