图形分析发现并修复超声焊接问题

焊接热塑性制件的最普通的方法是超声焊接，这种方法是采用低振幅、高频率(超声)振动能量使制品表面分子摩擦，由此产生焊接制件所需的热量。

超声波塑料焊接利用声波使塑料分子之间摩擦产生使塑料件焊接所需的热。对于超声焊接而言，工艺过程中最重要的控制因素包括塑料部件所需的振幅、焊接压力和焊接时间。研究表明，焊接速率的一致性直接影响到焊接强度，接合速率线性度越好熔融速率越稳定，融体分子结构越均一则焊接的强度越大。

图形分析引入了粘接速率、焊接功率和焊接压力这些参数以快速分析一些焊接时出现的问题，如焊缝不一致、焊接强度低以及焊缝气密性不佳等。图形分析也能够直接发现一些与设备相关的问题，如超声装置、动力部分或者启动系统故障等。

怎样阅读曲线

今天，计算机控制的超声焊接设备已经能够提供焊接过程的曲线图，这对于理解和优化焊接工艺非常重要。焊接曲线图显示了焊接压力、功率以及接合速度。摩擦热由振动和融体压力产生，融体连续流动直到两个部分接合成均一的整体。当2个部件被焊接成一个整体以后，速度下降，接合速率曲线变得平坦，焊接中止于该点。

摩擦热由焊头的振幅和施加在待焊接部件上的压力共同控制，振幅和压力越大，焊接过程中产生的摩擦热就越高。接合速率曲线与塑料原材料（无定型或半结晶）、焊接面积或接缝设计以及整个部件的形状和尺寸有关。

无定型树脂的玻璃化转变是逐渐过渡的，因此其接合速率曲线的倾斜度缓慢增加，要使焊接得以成功就需要低振幅和低焊接压力，同时延长焊接时间。对于无定型树脂来说，其振幅和焊接压力的取值范围通常非常宽。

半结晶材料在进入结晶阶段时通常要经历一个无定型阶段，在结晶阶段有一个熔点，因此要获得良好的流动性就需要高振幅和高焊接压力，振幅和焊接压力的取值范围很窄。

接合曲线的分析参照焊接强度、脉冲压力以及部件表面形态的检测数据能够帮助工程师们调整超声的振幅和焊接的压力。研究表明，恒定的接合速率有助于获得均一的分子结构，从而提高焊接质量，改变振幅和压力将会影响接合速率曲线的倾斜度。另外，如果摩擦热不够充分而仍然保持同样的焊接速率的话，接合速率曲线的斜率将会对此有所体现，工程师们就可以提高焊接压力以保持塑料的恒定流速。调整振幅和焊接压力的目的是使接合速率曲线的线性度更好。

功率曲线反映了在焊接过程中维持恒定焊接速率所需要的功率的变化，该曲线与汽车引擎维持恒速或加速的功率曲线很相似。该曲线记录的信息间隔时间为毫秒级。在焊接周期内，功率过大或者功率不稳定会影响到焊接的强度、可靠性和可重复性。高振幅及高压力需要更大的功率，反之亦然。功率曲线能够告诉人们焊接系统是否过载或功率不足。

焊接的痕迹

通过应用这些实时曲线图，工程师现在能够看到并优化焊接工艺。一旦焊接过程经过优化，那么调整过程所留下的痕迹就会被记录下来，并存储成一个文件。所有的关键数据，诸如实际焊接深度（RPN）、焊接时间、焊接能量、最高功率、焊接起始位置以及焊接停止位置等都能够得到保存，从而使焊接过程得以重复。在焊接质量没有达到要求时，所有这些工艺上的限定都能向操作者或工程师提出警报。

一旦优化的焊接工艺得以建立起来，焊接工艺数据和图标将被储存起来。以后的焊接过程将参考这些参数。作为一种故障检测工具，这些信息对于问题分析的价值是无法估量的。

一些计算机焊接控制系统现在能够提供焊接压力标度、低速标度、线式编码器标度和振幅标度，这使得人们很容易确定问题出在哪里，是焊接设备还是塑料部件。

压力曲线图上的细微变化能够提示工程师校验焊接设备的气动系统，带有压力计的负荷单元被用来校验焊接的压力。

低速仪能够显示在焊接过程中是否存在来自气动系统或者机械滑动产生的对速度的影响。阀、气缸、调节阀和滑动摩擦会影响接合速率，造成焊缝不均。

解决问题

焊接曲线中，接合曲线最具价值，该曲线反映了焊接过程中部件融体的实际流动过程。曲线斜率的突然增加表明粘接材料被挤出，部件发生了滑动。该曲线也能够反映出焊头振动的衰减和功率的下降。

功率的需求来自于发动机，与焊接压力和振幅成正比。通过使用光子传感器或者激光测量系统所记录的焊头表面的振幅，工程师们能够校验和调整振幅和压力。如果得不到目标振幅，人们可以改变声源设备，包括变频器、调压器和焊头。这些设备可以单独进行调节。

欲发现焊接质量和一致性问题产生的根源，首先人们应该检测部件本身：尺寸公差的改变、材料降解、部件翘曲或者收缩；各个型腔之间的微弱差别造成的部件之间的差别。其次还应该考虑是否存在脱模剂以及其他物质污染了焊接部位。

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