超聲波焊接機(jī)的原理和工藝

時(shí)間：2019-08-08作者：寧波奧創(chuàng)機(jī)械設(shè)備有限公司瀏覽：33

　一．超聲波應(yīng)用原理

　　我們知道正確的波的物理定義是：振動(dòng)在物體中的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個(gè)條件：一是振動(dòng)源，二是傳播介質(zhì)。波的分類一般有如下幾種：一是根據(jù)振動(dòng)方向和傳播方向來分類。當(dāng)振動(dòng)方向與傳播方向垂直時(shí)，稱為橫波。當(dāng)振動(dòng)方向與傳播方向一致時(shí)，稱為縱波。二是根據(jù)頻率分類，我們知道人耳敏感的聽覺范圍是20HZ-20000HZ，所以在這個(gè)范圍之內(nèi)的波叫做聲波。**這個(gè)范圍的波叫做次聲波，**過這個(gè)范圍的波叫超聲波。

　　波在物體里傳播，主要有以下的參數(shù)：一是速度V，二是頻率F，三是波長λ。三者之間的關(guān)系如下：V=F.λ。波在同一種物質(zhì)中傳播的速度是一定的，所以頻率不同，波長也就不同。另外，還需要考慮的一點(diǎn)就是波在物體里傳播始終都存在著衰減，傳播的距離越遠(yuǎn)，能量衰減也就越厲害，這在超聲波加工中也屬于考慮范圍。

　　1、 超聲波在塑料加工中的應(yīng)用原理：

　　塑料加工中所用的超聲波，現(xiàn)有的幾種工作頻率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙，在加壓的情況下，使兩個(gè)塑料件或其它件與塑料件接觸位的分子相互撞擊產(chǎn)生融化，使接觸位塑料熔合，達(dá)到加工目的。

　　2、 超聲波焊機(jī)的組成分

　　超聲波焊接機(jī)主要由如下幾個(gè)分組成：發(fā)生器、氣動(dòng)分、程序控制分，換能器分。

　　發(fā)生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉(zhuǎn)化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。

　　氣動(dòng)分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。

　　程序控制分控制整機(jī)器的工作流程，做到一致的加工效果。

　　換能器分是將發(fā)生器產(chǎn)生的高壓電波轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)過傳遞、放大、達(dá)到加工表面。

　　3．換能器分由三分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級(jí)桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。

　?、?換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)。將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)有兩種物理效應(yīng)可以應(yīng)用。A：磁致伸縮效應(yīng)。B：壓電效應(yīng)的反效應(yīng)。磁致伸縮效應(yīng)在早期的超聲波應(yīng)用中較常使用，其優(yōu)點(diǎn)是可做的功率容量大；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率低，制作難度大，難于大批量工業(yè)生產(chǎn)。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發(fā)明，使壓電效應(yīng)反效應(yīng)的應(yīng)用得以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉(zhuǎn)換效率高，大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是制作的功率容量偏小?，F(xiàn)有的超聲波機(jī)器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個(gè)金屬的前后負(fù)載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。

　?、?焊頭（HORN）：焊頭的作用是對(duì)于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。

　　換能器、變幅桿、焊頭均設(shè)計(jì)為所工作的超聲頻率的半波長，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過特別的設(shè)計(jì)；任何的改動(dòng)均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業(yè)制作。耐用根據(jù)所采用的材料不同，尺寸也會(huì)有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動(dòng)的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。

　　二：超聲波工作原理：

　　熱可塑性塑料的超聲波加工，是利用工作接面間高頻率的摩擦而使分子間急速產(chǎn)生熱量，當(dāng)此熱量足夠熔化工作時(shí)，停止超聲波發(fā)振，此時(shí)工件接面由熔融而固化，完成加工程序。

　　通常用于塑料加工的頻率有20KHZ和15KHZ，其中20KHZ仍在人類聽覺之外，故稱為超聲波，但15KHZ仍在人類聽覺范圍只內(nèi)。

　　三：超聲波機(jī)構(gòu)原理：

　　將220V，50HZ轉(zhuǎn)變?yōu)?5KHZ（或20KHZ）之高壓電能，利用震動(dòng)子轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。如此的機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)由傳動(dòng)子，焊頭傳至加工物，并利用空氣壓力，產(chǎn)生工作接面之摩擦效果。振動(dòng)子和傳動(dòng)子裝置在振筒內(nèi)，外接焊頭，利用空壓系統(tǒng)和控制回路，在事先設(shè)定之條件下升降，以完成操作程序。

　　四：組件功用說明：

　　1.延遲時(shí)間設(shè)定：調(diào)整開始發(fā)振時(shí)間，在限制開關(guān)動(dòng)作后0~9.99秒開始發(fā)振。

　　2.熔接時(shí)間設(shè)定：調(diào)整熔接時(shí)間長短，在延遲時(shí)間終了發(fā)振0~9.99秒之范圍。

　　3.硬化時(shí)間設(shè)定：調(diào)整發(fā)振終了工作物熔接處冷卻定型時(shí)間在0~9.99秒之范圍。

　　4.計(jì)數(shù)器：工作循環(huán)次數(shù)記錄用，附有歸零壓扣。

　　5.調(diào)整及壓力表：工作壓力之指示及調(diào)整壓力用。

　　6.聲波調(diào)整：調(diào)整振動(dòng)子系與發(fā)振回路之共振匹配，使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到理想。

　　7.振幅表：顯示聲波空載或負(fù)載工作之振幅強(qiáng)弱。

　　8.電源開關(guān)及燈：電源開關(guān)之控制，及指示開路之信號(hào)

　　9.選擇開關(guān)（自動(dòng)/手動(dòng)/聲波檢查）：自動(dòng)或手動(dòng)之選擇，及作聲波空載檢視之按紐。

　　10.聲波出力調(diào)整紐：聲波出力段數(shù)之設(shè)定用，1~2段為一般使用，3~4段為強(qiáng)力輸出用。

　　11.聲波過載燈：顯示聲波過載之不正常，需做聲波調(diào)整，至過載燈不會(huì)顯示為止。（若仍無法解除，請(qǐng)來電洽詢）

　　12.頻率指示：調(diào)試機(jī)器時(shí)做機(jī)器頻率顯示

　　13焊頭：傳動(dòng)振動(dòng)能量于工作物之上，使之熔接。

　　14上升/下降緩沖調(diào)整：調(diào)整孔位于機(jī)臺(tái)側(cè)面可適當(dāng)調(diào)整，使升降慣性適中。

　　15下降速度調(diào)整：調(diào)整合理適當(dāng)之下降工作速度用。

　　16熔接位置視窗：檢視正常熔接時(shí)焊頭壓附工作物之狀況。

　　17.微調(diào)螺絲：在熔接熔化塊，或外形尺寸需精確時(shí)使用可限制汽缸之下降。

　　18水平微調(diào)螺絲：調(diào)整此四支螺絲，可使焊頭平均壓附在工作物上。

　　19輸出電纜及插座：聯(lián)接機(jī)體振動(dòng)子系統(tǒng)與發(fā)振箱線路用。

　　20控制電纜及插座：聯(lián)接機(jī)體控制單元與發(fā)振箱自動(dòng)控制回路用。

　　21接地螺母：電子回路之接地線連接用，漏電時(shí)之安全**。

　　22保險(xiǎn)絲座：電子線路之過載保護(hù)。

　　五：機(jī)器安裝法：

　　1.將發(fā)振箱放置于機(jī)體附近操作員易于觀察及調(diào)整之處。

　　2.接地：將地線一端接地，另一端接于發(fā)振箱后面之接地旋鈕。

　　3.發(fā)振箱與機(jī)體聯(lián)接：將機(jī)體之輸出電纜插頭及控制電纜插頭接于發(fā)振箱插座及機(jī)體插座上

　　4.接空壓源：將高壓氣壓管引清凈干燥之空壓源與熔接機(jī)體上空氣濾清器入口接頭以管束結(jié)合鎖緊。

　　5.接電源：發(fā)振箱后面之電源線及插頭，請(qǐng)接上AC220V，∮60/50HZ電源。

　　六：各調(diào)整及熔接前準(zhǔn)備工作：

　　1.裝焊頭：

　?。?）先將換能器（CONE）及焊頭（HORN）以及焊頭螺絲，以酒精或汽油擦洗干凈，再將焊頭螺絲及換能器，焊頭結(jié)合面抹上一層薄薄的黃油脂再將焊頭螺絲鎖于焊頭上。注意：換能器，焊頭之結(jié)合面若有損傷時(shí)，振動(dòng)之傳達(dá)效率會(huì)遞減，應(yīng)謹(jǐn)保養(yǎng)。

　?。?）再緊固4支焊頭水平調(diào)整螺絲，將換能器固定在其旋轉(zhuǎn)范圍之中間位置處。

　　（3）把焊頭用手旋入換能器到不能回轉(zhuǎn)為止。

　?。?）以焊頭鎖緊扳手焊頭旋緊（約300Kg/cm之扭力），此時(shí)特別注意不讓換能器旋轉(zhuǎn)，以防止轉(zhuǎn)梢扭斷。（若發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)則4支焊頭水平調(diào)整螺絲要再緊固些）


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