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超聲波塑料焊接產(chǎn)生壓痕是非常常見的現(xiàn)象，并且通常是有意識設計或不可避免的工藝結果。主要原因可以歸結為以下幾點：
1. 焊接壓力和集中應力：
高壓作用： 焊接過程中，焊頭需要對兩個塑料件施加相當大的下壓力（通常幾百到幾千牛頓）。這股持續(xù)的壓力是確保塑料件緊密接觸、有效傳導超聲波振動并產(chǎn)生摩擦熱所必需的。
應力集中： 焊頭與塑料接觸的區(qū)域（通常是上部件）是壓力最集中的點。即使焊頭設計為平面或帶導向筋，其邊緣、導向筋頂部或較小的接觸面積都會導致局部壓強非常大。
高溫軟化： 在超聲波振動下，接觸區(qū)域的塑料迅速升溫并軟化甚至熔化。處于高溫軟化狀態(tài)的塑料，其抗變形能力急劇下降，在持續(xù)的焊接壓力下，很容易被壓陷或變形。
2. 能量導向筋設計：
核心作用： 許多超聲波焊接設計會在其中一個部件（通常是上部件）的接合面上設計能量導向筋。這些是尖銳的三角形凸起（高度約0.3-0.8mm）。
“犧牲”結構： 導向筋的尖端具有非常小的接觸面積，使得超聲波能量和壓力高度集中于此。這使得它們能優(yōu)先、快速地熔化。
熔化和塌陷： 一旦導向筋熔化，焊接壓力會壓迫上部件向下運動，熔融的塑料會流向周圍的熔接區(qū)并填充縫隙。這個塌陷過程必然會導致上部件表面在焊頭下方位置相對于原始位置下降，形成凹陷，即壓痕。這是能量導向筋設計預期會發(fā)生的結果。
3. 焊頭設計：
接觸面形狀： 焊頭（換能器輸出端）的形狀決定了壓力如何分布到部件上。如果焊頭接觸面較小、有尖銳邊緣或輪廓與部件不完全匹配，就會加劇局部壓痕。
材料硬度： 焊頭通常由堅硬金屬制成（如鈦合金、鋁合金）。與軟化的塑料相比，它非常硬，容易在塑料表面留下印記，特別是在壓力和高溫的共同作用下。
4. 高溫下的材料軟化與流動：
如前所述，焊接點處的塑料被加熱到熔融或軟化狀態(tài)。在這個狀態(tài)下，材料不僅容易因壓力而凹陷變形，還可能發(fā)生一定的塑性流動。焊頭移開后，這部分區(qū)域冷卻凝固，變形的形狀就被固定下來，形成永久性的壓痕。
5. 工藝參數(shù)的影響：
壓力過大： 過高的焊接壓力會顯著加重壓痕深度。
焊接時間過長： 過長的超聲波作用時間會導致塑料過度熔化和軟化，在壓力下更容易塌陷變形。
振幅過高： 過大的振幅會導致生熱過快過猛，塑料軟化更劇烈。
保壓時間/冷卻時間不足： 焊接停止后，壓力保持階段如果太短，塑料尚未完全凝固就撤除壓力，可能導致輕微反彈或形狀不穩(wěn)定（雖然主要影響焊縫強度，但也可能與壓痕形態(tài)有關）。
焊頭找平不良： 如果焊頭相對于工件不平行，可能導致壓力分布不均，一側(cè)壓痕深，另一側(cè)淺甚至焊接不良。
總結來說，壓痕的本質(zhì)是：
高壓作用于局部集中的區(qū)域。
該區(qū)域的塑料因摩擦生熱而大幅軟化。
軟化/熔化的塑料在壓力下發(fā)生塑性變形、塌陷或流動。
變形在冷卻后凝固定型。
如何減少壓痕（如果是不希望出現(xiàn)的）：
1. 優(yōu)化能量導向筋設計： 使用更小、更精細的導向筋，或用剪切接頭代替（但剪切接頭設計更復雜）。
2. 優(yōu)化焊頭設計： 增大焊頭接觸面積，使壓力分布更均勻；確保焊頭輪廓精確匹配部件；避免尖銳邊緣。
3. 降低焊接壓力： 在保證焊接強度的前提下，使用盡可能低的壓力。
4. 優(yōu)化工藝參數(shù)： 精確控制焊接時間、振幅、保壓時間。避免過熔。
5. 使用緩沖材料： 在焊頭和工件之間放置一層薄而耐熱的緩沖材料（如特定膠帶或復合材料），作為應力緩沖層，但這可能影響能量傳遞效率，需謹慎使用。
6. 改善部件設計： 在焊頭接觸區(qū)域增加支撐結構（如內(nèi)部肋條）或在外部設計允許輕微變形的特征。
7. 材料選擇： 選擇熔點和軟化點更高、硬度更大的塑料（如PC, PPS），比低熔點軟塑料（如PP, LDPE）更不易產(chǎn)生深壓痕，但焊接難度可能增加。
關鍵點： 輕微的壓痕（特別是由能量導向筋塌陷造成的）往往是超聲波焊接工藝固有的、可接受的痕跡。工程師的目標通常不是完全消除壓痕（很多時候不可能），而是將其控制在可接受的外觀標準內(nèi)，并確保其對產(chǎn)品功能沒有負面影響（如密封性、結構強度）。當壓痕過深、影響外觀或功能時，就需要通過上述方法進行優(yōu)化。
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