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超聲波塑焊機工作原理

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發表時間:2021-07-04 21:44

一、超聲波塑焊機基本原理


超聲波焊接機工作原理是由220V電源通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15KHz或 20KHZ電能。被轉換的高頻電能使高頻逆變電路的輸出功率滿足換能器所需要的額定功率。通過換能器被轉換成為同等頻率的機械運動,隨后機械運動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部,在該區域,振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能,將塑料熔化。


當超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時,會產生每秒幾萬次的高頻振動,這種達到一定振幅的高頻振動。

超聲波上模接觸面接觸設計.png

焊接產生熱量過程.png

通過上焊件把超聲能量傳送到焊接區,由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大,因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差,短時還不能及時散發,聚集在焊區,致使兩個塑料的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。這樣就形成一個堅固的分子鏈,達到焊接的目的,焊接強度能接近于原材料強度。


二、超聲波塑焊機結構組成


超聲波塑料焊接機由氣壓傳動系統、控制系統、超聲波發生器、換能器及超聲波模具和機械裝置等組成。


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1、氣動傳動系統: 包括有:過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節流閥、氣缸等。工作時首先由空壓機驅動沖程氣缸,以帶動超聲換能器振動系統上下移動,動力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據焊接需要調定。


2、超聲波控制系統,由時間繼電器或集成電路時間定時器組成。主要功能是:


一是控制氣傳動系統工作,使其焊接時在定時控制下打開氣路閥門,氣缸加壓使焊頭下降,以一定壓力壓住被焊物件,當焊接完后保壓一段時間,然后控制系統將氣路閥門換向,使焊頭回升復位;


二是控制超聲波發生器工作時間,控制系統使整個焊接過程實現自動化,操作時只啟動按鈕產生一個觸發脈沖,便能自動地完在本次焊接全過程。


整個控制系統的順序是:

電源啟動一觸發控制信號 氣壓傳動系統,氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發超聲發生器工作,發射超聲并保持一定焊接時間 去除超聲發射 繼續保持一定壓力時間 退壓,焊頭回升 焊接結束。


3、超聲波發生器 :

     (1)功率較大的超聲波塑料焊接機,發生器信號采用鎖相式頻率自動跟蹤電路,使發生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。   


     (2)功率在500W以上的超聲波塑料焊接機所用發生器采用自激式功率振蕩器,也具有一定的頻率跟蹤能力。  

 

4、超聲波塑焊機的振動單元


     (1)超聲波換能器 , 

       超聲波塑料焊接機用的聲學系統包括三個部分:1驅動部分2固定部分3工作部分。在以上三個組成部分中,驅動是核心,一般采用螺栓夾緊的縱向振動換能器。


      其中半波長縱向振子與四分之一的波長縱向振子,半波長縱向振與半波長聚能器相連接組成一個全波長塑料焊接換能器,而四分之一波長縱向振子與四分之一波長聚能器相連,組成一個半波長換能器。


    (2) 超聲波模具,     

對不同的焊接對象需要有不同超聲波模具,不管是近場焊接還是傳輸焊接,只有半波長的超聲波模具才能使焊接端面達到最大的振幅。


超聲波模具有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種。所用材料通常為鋁合金,其端面鍍硬質合金,功率較大時也有用鈦合金材料制成的,該材料疲勞強度比鋁合金高一倍多。




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