nalex超聲波焊接機(jī)的原理分析

超聲波焊接是一種加工技術(shù)，其中熱塑性樹脂立即熔化并通過(guò)精細(xì)的超聲波振動(dòng)和壓力連接。
這種連接方法不僅用于焊接成型產(chǎn)品，還廣泛用于凸臺(tái)填縫和點(diǎn)焊、薄膜和無(wú)紡布密封以及金屬嵌件等廣泛領(lǐng)域。
但是，超聲波焊接僅適用于熱塑性塑料（加熱時(shí)熔化的樹脂），不能應(yīng)用于聚氨酯和環(huán)氧樹脂等熱固性樹脂。
這里，解釋了超聲波焊接的原理。

超聲波焊接機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能，同時(shí)施加壓力，在兩個(gè)熱塑性部件的連接處產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦熱，使樹脂熔化和粘合。
為了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，50/60 Hz的電信號(hào)首先通過(guò)振蕩器（發(fā)生器）轉(zhuǎn)換為20 kHz（或35 kHz）的電信號(hào)。
此外，輸入端的電壓通常為AC200~240V，但在振蕩器內(nèi)部放大到近1000V并傳輸?shù)秸袷幤鳌?br _istranslated="1" style="box-sizing: inherit;"/>在赫爾曼超聲波振蕩器中，電路不使用任何普通繼電器，而是使用所有固態(tài)繼電器并且是模塊化的。

振蕩器放大的 20 kHz（或 35 kHz）電信號(hào)從振蕩器傳輸?shù)綋Q能器，在那里轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能量。
將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能量的壓電陶瓷壓電元件在提供交流電壓時(shí)會(huì)改變其尺寸（厚度），并且變化量很小，但它們具有非常大的力。
為了使壓電元件以所用頻率波長(zhǎng)的1/2共振，用螺栓固定了幾個(gè)壓電陶瓷，當(dāng)向它們提供交流電壓時(shí)，元件膨脹和收縮。
對(duì)于赫爾曼 20 kHz 元件，輸出表面的振幅約為 16 μm （P-P）。
20 kHz 振蕩器每秒執(zhí)行 20，000 次振動(dòng)，振動(dòng)能量通過(guò)稱為喇叭的諧振器傳輸?shù)讲考?/span>

如果喇叭等于或大于零件的尺寸，則零件表面產(chǎn)生的熱量可以忽略不計(jì)，并且大部分傳遞到待焊接零件的邊界。
傳遞的振動(dòng)能量在界面處產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦熱，瞬間上升到樹脂的熔化溫度并被焊接。
熔體完成焊接所需的時(shí)間取決于樹脂的材料以及從喇叭到界面的距離，但在許多情況下不到一秒鐘。

在前面的解釋中，提到振動(dòng)能量從振蕩器傳遞到喇叭，但實(shí)際上，通常安裝一個(gè)稱為助推器的組件，該組件在兩者之間轉(zhuǎn)換機(jī)械振幅。
這會(huì)增加或減少換能器發(fā)射的 16 μm（20 kHz 時(shí)）并將其傳輸?shù)嚼取?br _istranslated="1" style="box-sizing: inherit;"/>在超聲波焊接中，決定施加到零件上的能量的因素是焊接時(shí)間、壓力和振幅，通過(guò)改變振幅，可以支持廣泛的應(yīng)用。
換句話說(shuō)，最佳焊接的一個(gè)因素是喇叭端面的振幅設(shè)置。
作為一般規(guī)則，喇叭是根據(jù)每個(gè)部分進(jìn)行處理的，因此根據(jù)它們的形狀，可能無(wú)法從一開始就獲得足夠的振幅。
因此，升壓器增加或減少?gòu)恼袷幤鱾鬏數(shù)恼穹⑵鋫鬏數(shù)嚼取?/span>

例如，如果安裝了 2.0 倍升壓器，則從振蕩器傳輸?shù)?16 μm 振幅變?yōu)?32 μm 并傳輸?shù)嚼取?br _istranslated="1" style="box-sizing: inherit;"/>通過(guò)從中心（節(jié)點(diǎn)）改變上下平方的比率來(lái)獲得助推器的幅度轉(zhuǎn)換。
與節(jié)點(diǎn)上方的細(xì)胞相比，放大振幅的助推器在底部具有較小的細(xì)胞，相反，降低振幅的助推器相對(duì)于上部平方具有更大的下細(xì)胞。
如果頂部和底部的比例相同，振幅不會(huì)增加或減少，而是直接傳輸?shù)嚼取?/span>

如果在不改變其他條件的情況下增加振幅，則焊接能量相應(yīng)增加。
例如，如果在某些焊接條件下焊接的工件的粘合強(qiáng)度較弱，則如果將助推器更換為更高的放大倍數(shù)，而其他條件（焊接時(shí)間和施加的壓力）保持不變，則粘合強(qiáng)度可能會(huì)增加。
這意味著振幅越高，產(chǎn)生的能量越多，焊接強(qiáng)度就越高。
但是，在高振幅的情況下，扭矩低于低振幅的扭矩，如果壓力增加，可能會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)停止的“失速現(xiàn)象"，因此必須注意必須注意。
這種“失速現(xiàn)象"與突然嘗試在汽車中以高檔啟動(dòng)時(shí)的失速相同。
目前的一些超聲波焊接機(jī)使用恒定振幅電路（負(fù)載調(diào)節(jié)），其中振幅值不會(huì)根據(jù)振蕩時(shí)的負(fù)載而變化，盡管失速發(fā)生的頻率比以前少，但在嘗試以高的振幅和高壓焊接時(shí)仍可能發(fā)生錯(cuò)誤。
因此，在高振幅的情況下，可能需要通過(guò)在振蕩開始時(shí)降低壓力（觸發(fā)力）來(lái)以低負(fù)載開始振蕩。

喇叭通常是半波長(zhǎng)共振器，其材料一般為鋁或鈦合金。
其中，鈦合金因其聲學(xué)和強(qiáng)度特性而被廣泛使用，是適合喇叭的材料。
鋁合金價(jià)格低廉，具有良好的聲學(xué)性能，但強(qiáng)度低于鈦，因此在高振幅設(shè)計(jì)中必須小心。
此外，由于鋁合金容易磨損，因此經(jīng)常采用硬鉻鍍層來(lái)減少磨損。

有時(shí)也使用鋼，但鋼比鈦或鋁硬，因此具有更好的耐磨性，但是當(dāng)它發(fā)出高振幅時(shí)很容易斷裂，因此用于低振幅喇叭。
喇叭的形狀根據(jù)要焊接的部件確定，但喇叭的振幅由節(jié)點(diǎn)的上下質(zhì)量之比增加或減少，如助推器中的節(jié)點(diǎn)。

在這種流動(dòng)中進(jìn)行的超聲波焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。

• 快速循環(huán)（通常焊接時(shí)間小于1秒）

• 低成本（運(yùn)行成本低，因?yàn)椴恍枰澈蟿┑群牟模?/span>

• 美麗的表面處理（即使是表面經(jīng)過(guò)油漆處理的也可以焊接）

• 高強(qiáng)度（相同材料之間的焊接可以在接近母材強(qiáng)度的水平上焊接）

• 易于自動(dòng)化（專為輕松引入自動(dòng)化機(jī)器而設(shè)計(jì)）

• 可以獲得高氣密性（由于接頭表面上的樹脂熔化，因此可以獲得高氣密性）

• 低功耗（僅待機(jī)功率，超聲波振蕩期間除外）

• 高重現(xiàn)性（參數(shù)進(jìn)行數(shù)值管理，可保存程序）

• 易于控制（每個(gè)參數(shù)都經(jīng)過(guò)數(shù)字控制，以實(shí)現(xiàn)精確控制）

• 無(wú)惡臭