无纺布、薄膜以及织物的超声焊接

   超声焊接/目前已经被广泛应用于卫生用品生产线，如尿布等相关产品，女性用品、*、抹布、真空袋、滤布等很多织物、薄膜、无纺布以及纸制产品都会用到超声焊接设备。  

         超声工艺功能强大，应用范围十分广泛，能够进行层压、轧花、打孔、切割、拼接等操作。因此超声焊接不但能够提供低成本的粘合，还能够进行其他一些操作，提高了设备的利用率。  

        超声焊接的基本原理   

         超声焊接/是一种利用高频机械波将热塑性材料、无纺布、薄膜或者注射成型制品进行粘合的一种方法。在超声焊接过程中，20000Hz或者更高频率的机械振动以一定的振幅施加在头发丝直径大小的焊缝中，同时施以焊接压力，完成焊接过程。  

         超声波的频率范围为20 kHz 到1 GHz，这一频率人耳是无法听到的。超声焊接通常采用的频率是20、30和35kHz。  
超声系统怎样产生高频振动  

          超声发生器将线路电压转换成高压/高频信号输送到一个转换器中。在转换器中，压电晶体被夹在2片钛金属片之间以电信号的频率振动，由此产生了非常快的机械振动，其频率达到每秒20000Hz，振幅达到18μm。  

         振幅如何加强  

         对于大多数应用来说，18μm的振幅不足以进行焊接。因此人们连接了耦合器使振幅能够得以提高。典型的耦合器比例是1:2。超声焊头与振幅耦合器相连，zui终振幅能达到80μm，材料被压缩到焊头表面和砧板之间。无纺布、薄膜或者塑料部件上的热塑性分子被熔融、粘合到一起，完成焊接过程。  
       
         改变焊接强度应调节哪些参数  

         振幅和压力是改变焊接强度2个关键的参数。振幅可以通过调节振幅耦合器或超声发生器来改变，一旦得到了某种材料或某种应用zui适宜的振幅，那么该振幅就应该保持恒定，不要轻易改变。焊接压力会影响焊接的强度，压力越轻焊接强度越小，增大焊接压力会增加焊接强度。焊接压力要根据预期的接合强度、材料类别、焊接时间或焊接速度以及焊接平面面积来确定。要获得均一的焊接质量，振幅和压力必须保持恒定。  

         连续超声焊接  

         超声焊接的基本原理适用于所有的超声塑料焊接应用。连续产品的超声焊接包括无纺布、薄膜等定制化系统解决方案。  

         连续超声焊接系统包括一台刻花辊以及一套超声系统。该超声系统置于砧辊之上，砧辊与焊头之间有一条小缝，需要焊接的材料通过小缝时，焊头发射出20000Hz的超声波进行焊接。  
　　                     
         连续超声焊接系统  

         在膨胀阶段，焊头压缩砧辊与焊头表面之间的待焊材料。对于热塑性材料而言，这种压缩产生了分子浓缩和表面摩擦，使材料在砧辊凸起的部位有选择地熔融。在压缩阶段，焊头与砧辊之间距离更大，使材料能够高速通过。  

         焊接过程需要的能量与焊头的振幅和焊接的压力有关。在振幅保持恒定时，焊接强度可以通过改变缝隙宽度来进行调节。缝隙越宽，焊接压力越小，焊接强度越小，反之缝隙越窄焊接强度越大。人们通过改变砧辊的设计、焊接平面形态以及焊接性能使焊接系统能够满足不同焊接应用的要求。  

         通过MICROGAP控制获得均一的焊接质量  

         为了确保焊接质量的一致，控制振幅和压力就显得十分重要。  

         *的超声发生器提供了稳定的振幅输出，这确保了焊头以恒定振幅振动。连续超声焊接系统也需要焊接压力维持恒定，从而在高速焊接时得到均一的焊接质量，同时在材料通过缝隙时还要消除磨损避免烧焦。  

         通过保持焊接缝隙之间的距离，焊接系统能够维持恒定的焊接压力。用刚性金属衬垫取代O型圈能够更好地维持缝隙宽度的恒定。  

         超声系统安装在铸铁底座上，与传统的底座相比能够降低超声系统热膨胀达66％。对于一些应用来说，这种刚性底座以及具有一定压力负荷的砧辊具有成本上的优势，完够满足生产要求。  

         为了获得均一的焊接质量和高生产速率，Herrmann公司开发了一套精密的距离调节系统。该系统采用步进马达，通过一套肘型机构改变焊头的位置。该系统能够精密调节焊头与砧辊之间的距离，从而调节焊接强度。该系统可调节级数为8000级，每一级为0.3μm。  

         热膨胀的修正  

         在焊接过程中，热塑性塑料的分子经压缩和摩擦产生热量使材料熔融。其中的一部分热量辐射到焊头表面和砧辊表面。另外，转换器、振幅耦合器以及焊头的膨胀和压缩都会提高超声系统的温度，导致热膨胀，从而使焊头与砧辊之间宽度降低。此时保持超声系统位置不变就有可能引起材料过度焊接或烧焦，zui终将损伤焊头和砧辊。  

         Herrmann 公司开发了一个产品——MICROGAP控制系统自动补偿热膨胀解决了这一问题。MICROGAP控制器通过一个负载单元实时监控焊接压力，闭环控制器比较实际压力与设计压力之间的值，通过步进马达调整焊头的位置以维持缝隙宽度恒定。这一过程保证了焊接质量，同时也降低了焊头与砧辊之间的磨损。  

         在高速生产线上，带有MICROGAP控制器的超声焊接系统能够进行高质量的焊接，线速度达到500 m/min。  


         更具成本优势的超声焊接  

         对比传统的采用黏合剂粘接的方法，超声焊接技术更具吸引力，其优势包括：不再需要各种各样的黏合剂，因此节约了成本，同时也不会因为黏合剂的引入而造成冲击强度下降；由于不使用黏合剂，因此也就消除了黏合剂分子与洗剂之间的化学反应，避免了污染，能够进行洁净生产；超声焊接的使用使制品能够做的更薄，这有利于减少无纺布和薄膜的使用量，从而降低成本，同时也不会因为使用热熔融的黏合剂而造成薄膜扭曲变形；超声焊接能够同时处理多层材料，例如能够一次焊接 6～12层尿裤材料；超声焊接的焊接面可以是各种形态，包括圆形、椭圆形等；通过改变砧辊的刻花能够很方便地改变焊接图案；能够在产品上压上装饰性的图案，例如公司的标志或者品牌等。  

         超声焊接其他一些优势还包括：安全、即时性强、无停车时间、低能耗等。  

         由于工艺本身的特点，超声焊接只能加工特定种类的热塑性塑料。不过随着科技的进步，一些非热塑性塑料也能够通过超声焊接进行加工，超声焊接的使用范围变得越来越广泛。  

         与传统的黏合剂粘接方法比较，超声焊接是一种理想的解决方案。制造商们不再依赖于各种类型的黏合剂进行粘接，从而节约了成本。同时，超声焊接是一种可靠且可以操控的生产工艺，因此，*的超声焊接系统能够满足今天高速、高质量的生产要求。