一、超声波加工前的预处理

1. 原料干燥处理

• 原因：PC 吸湿性较强，水分会导致加工时降解产生内应力。
• 方法：
  • 在 80-120℃下干燥 4-8 小时（具体时间根据制品厚度调整），使含水率低于 0.02%。
  • 干燥后避免暴露在潮湿环境中，可采用密封料斗输送。

2. 预热处理（降低温差应力）

• 原理：超声波焊接时，局部高温与低温区域温差大易产生应力。
• 方法：
  • 焊接前将 PC 制品预热至 60-80℃（接近玻璃化转变温度 Tg=140℃），减少骤热导致的热应力。
  • 可通过烘箱或红外预热装置实现。

二、超声波加工中的工艺优化

1. 调整超声波参数

• 振幅：过高振幅会加剧分子链断裂，建议 PC 焊接振幅控制在 30-50μm（根据制品厚度调整）。
• 焊接时间：缩短至 0.5-2 秒，避免过度加热导致降解。
• 保压压力：焊接后保持 0.1-0.3MPa 压力持续 5-10 秒，促进分子链松弛。

2. 优化焊接工装设计

• 治具材料：采用铝合金或钛合金（导热性好），避免局部过热。
• 支撑结构：在焊接区域下方增加缓冲垫（如硅胶或软质塑料），减少振动传递导致的应力集中。

3. 振动频率匹配

• PC 的共振频率约为 20-40kHz，选择与材料匹配的超声波频率（如 20kHz），避免非共振频率下的无效能量输入。

三、超声波加工后的后处理

1. 退火处理（核心方法）

• 原理：通过加热使分子链段运动，释放冻结的内应力。
• 工艺参数：
  • 温度：高于使用温度 10-20℃，低于 Tg（如 110-130℃）。
  • 时间：根据制品厚度确定，每毫米厚度保温 30-60 分钟（例：5mm 厚制品保温 2.5-5 小时）。
  • 冷却方式：随炉缓慢冷却至室温（冷却速率≤10℃/ 小时），避免二次应力。

2. 溶剂处理（表面应力释放）

• 适用场景：小型精密制品（如电子元件外壳）。
• 方法：将制品浸入乙醇或异丙醇溶液中 10-30 秒，溶剂渗透至表面层，软化分子链以释放应力。
• 注意：需提前测试溶剂对制品外观和性能的影响。

3. 自然时效处理

• 原理：在室温下放置 7-15 天，通过分子链缓慢松弛释放应力。
• 优点：无需设备，适合大批量生产；缺点是周期长，应力释放不完全。

四、材料改性与结构设计

1. 添加应力释放助剂

• 在 PC 原料中加入 5-10% 的热塑性弹性体（如 TPE）或硅油，改善分子链柔韧性，降低弹性模量。
• 选择低熔融粘度的 PC 牌号（如粘度指数 MI=5-10g/10min），减少加工时的剪切应力。

2. 结构设计优化

• 避免锐角和缺口：采用 R≥1mm 的圆角过渡，减少应力集中点。
• 增加加强筋：在焊接区域附近设计网状加强筋，分散振动能量。
• 壁厚均匀性：壁厚差控制在 30% 以内，避免冷却速率不均导致的内应力。

五、应力检测与验证

1. 目视检测：观察制品表面是否有银纹、裂纹（应力集中的典型特征）。
2. 偏振光检测：将制品置于偏振光下，观察内部应力分布（彩色干涉条纹越密集，应力越大）。
3. 破坏性测试：对样品进行弯曲或冲击试验，对比处理前后的断裂强度变化。

总结：全流程应力控制方案