在醫(yī)療設(shè)備、電子和汽車領(lǐng)域，產(chǎn)品開發(fā)小型化、輕量化和電氣化趨勢日益明顯。部件往往設(shè)計更小、更薄、更輕，外形也更具有輪廓而美觀。越來越多的部件內(nèi)部還加入嵌入式電子元件、傳感器和執(zhí)行器。

傳統(tǒng)的超聲波設(shè)備采用氣缸驅(qū)動，無法滿足新趨勢下的對這些更小、更精致的部件的高精度和高重復(fù)性的焊接要求。這里，我們介紹一下伺服驅(qū)動的超聲波焊接設(shè)備，是如何改善焊接效果的。

伺服驅(qū)動的關(guān)鍵特性是在整個焊接過程中實現(xiàn)了更精確、更靈敏的壓力調(diào)整。焊接壓力是必須的，以保證焊頭與產(chǎn)品之間的充分接觸，并有效傳遞超聲波能量。因此，更快速和精確的調(diào)整焊接壓力對提高焊接質(zhì)量具有重要意義。

當焊接參數(shù)一定時，焊接壓力的變化/波動對焊接會產(chǎn)生影響。

• 焊接壓力過小，減少了焊接筋的壓縮量和接觸壓力，從而減少塑料熔化所需熱量的產(chǎn)生，會導(dǎo)致冷焊接或者較弱的焊縫。
  
  

• 焊接壓力過大，會導(dǎo)致焊接筋變形、偏擺或者斷裂，另外還會導(dǎo)致塑料沒有足夠的時間熔化和流動，無法形成強連接。

在適當?shù)臅r間施加適當?shù)牧?，可以生產(chǎn)出具有高一致性和高強度的焊縫。我們認為理想的焊接壓力，其控制需要快速，動態(tài)的變化，要適應(yīng)塑料熔化的狀態(tài)。這是一種“動態(tài)調(diào)整過程”。這一動態(tài)調(diào)整過程無法采用傳統(tǒng)氣動超聲波焊接設(shè)備實現(xiàn)，必須只能采用伺服控制的超聲波焊接機。

隨著焊接壓力控制的速度和精度提高，塑性焊縫的強度和一致性也隨之提高。對于焊接強度，我們可以將焊接截面剖開，顯微下檢查聚合物鏈在焊接處的纏繞方式。如下圖。

上圖中的焊接強度是右圖，當塑料熔化后的幾毫秒內(nèi)減少焊接壓力，以允許聚合物鏈垂直延伸穿過焊接界面，并在冷卻收縮前充分纏繞連接。相反的，若焊接強度不足，往往是因為聚合物鏈是部分纏繞、或沒有纏繞，或聚合物鏈平行于分布在焊接界面，而非垂直穿過。

當在太短的時間內(nèi)，焊接壓力過大或者過小時，會出現(xiàn)上圖中中間和左邊的剖面效果。

• 對于醫(yī)療的小型零件的焊接，為了盡可能減少溢料，焊接筋高度設(shè)計往往小于0.3mm，采用氣動設(shè)備容易壓塌焊接筋，以及焊接時間過短而形成“虛焊”，焊接結(jié)果例如拉力和密封性不穩(wěn)定。而伺服超聲波焊接，能夠以更?。ê附訅毫Γ?0N）和精準的壓力，在足夠長的焊接時間內(nèi)充分熔化焊接筋。試驗結(jié)果表明：可壓力控制的伺服超聲波焊接設(shè)備，平均拉拔力更大，拉拔力波動（標準偏差）小，更好的焊接剖面特性（穿透更深），與母體材料連接更緊密。
  
  

• 對于透明PC件的焊接，另一個頭疼的問題是氣泡。實踐過程中，客戶采用氣動驅(qū)動設(shè)備，無法避免的焊接中氣泡產(chǎn)生的問題。在采用伺服驅(qū)動設(shè)備后，通過對焊接壓力迅速和準確的調(diào)整，消除了氣泡。生產(chǎn)出了高質(zhì)量的焊縫。
  
  

• 對于一些較大零件的超聲波焊接，由于焊頭設(shè)計局限導(dǎo)致振幅偏小，采用氣動驅(qū)動設(shè)備焊接時間短導(dǎo)致焊接強度不足。采用伺服驅(qū)動通過對壓力和速度的調(diào)整，增大了焊接時間，提高了焊接強度。
  
  

• 伺服驅(qū)動的超聲波焊接設(shè)備，在長、脆弱和薄壁部件的焊接應(yīng)用中也得到了證明。在一個非常?。s0.5mm）的剪切縫設(shè)計的塑料焊接案例中，以較小的焊接壓力，生產(chǎn)出高一致性的高焊接強度的焊縫。