超声波塑焊机工作原理

2024-04-03

一、超声波塑焊机原理


超声波塑焊机工作原理是由220V电源通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15KHz或 20KHZ电能。被转换的高频电能使高频逆变电路的输出功率满足换能器所需要的额定功率。通过换能器被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。


当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动。

超声波上模接触面接触设计.png

焊接产生热量过程.png

通过上焊件把超声能量传送到焊接区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，短时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。


二、超声波塑焊机结构组成


超声波塑料焊接机由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及超声波模具和机械装置等组成。

超声波塑焊机功能结构



1、气动传动系统： 包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。工作时首先由空压机驱动冲程气缸，以带动超声换能器振动系统上下移动，动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。


2、超声波控制系统，由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是：


一是控制气传动系统工作，使其焊接时在定时控制下打开气路阀门，气缸加压使焊头下降，以一定压力压住被焊物件，当焊接完后保压一段时间，然后控制系统将气路阀门换向，使焊头回升复位；


二是控制超声波发生器工作时间，控制系统使整个焊接过程实现自动化，操作时只启动按钮产生一个触发脉冲，便能自动地完在本次焊接全过程。


整个控制系统的顺序是：

电源启动一触发控制信号 气压传动系统，气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作，发射超声并保持一定焊接时间 去除超声发射 继续保持一定压力时间 退压，焊头回升 焊接结束。


功能图.png 超声波塑焊机功能结构指示图




3、超声波发生器 ：

     （1）功率较大的超声波塑料焊接机，发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。 　　


     （2）功率在500W以上的超声波塑料焊接机所用发生器采用自激式功率振荡器，也具有一定的频率跟踪能力。 　

                   2020电箱内部图.png

　

4、超声波塑焊机的振动单元


     （1）超声波换能器 ，　

       超声波塑料焊接机用的声学系统包括三个部分：1驱动部分2固定部分3工作部分。在以上三个组成部分中，驱动是核心，一般采用螺栓夹紧的纵向振动换能器。


      其中半波长纵向振子与四分之一的波长纵向振子，半波长纵向振与半波长聚能器相连接组成一个全波长塑料焊接换能器，而四分之一波长纵向振子与四分之一波长聚能器相连，组成一个半波长换能器。


超声波换能器各种焊接超声波换能器.jpg



    （2） 超声波模具，     

对不同的焊接对象需要有不同超声波模具，不管是近场焊接还是传输焊接，只有半波长的超声波模具才能使焊接端面达到最大的振幅。


超声波模具有带振幅放大的和不带振幅放大的两种。所用材料通常为铝合金，其端面镀硬质合金，功率较大时也有用钛合金材料制成的，该材料疲劳强度比铝合金高一倍多。



超声波模具超声波振动系统

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