超声波焊接机原理

    热可塑性塑料的超声波加工，是利用工件接触面间高频的磨擦使分子间急速产生热量，当此热量足够熔化工作时，停止超声波振动，此时工作接面由熔融面固化，完成加工程序。

通常用于塑料加工的频率有28KHz、20KHz和15KHz，其中28KHz和20KHz在人耳听觉范围之外，故称为超声波，但15KHz仍在耳听觉范围之内，噪音较大。

本机器由超声波发生器、超声换能系统、程序控制及气动机架系统几部分组成。超声波焊接机原理

A：组件名称

（1）升降速度               （2）焊接时间               （3）保压时间       

（4）气压表                 （5）调压器                 （6）超声测试开关

（7）焊头升降开关           （8）延迟时间               （9）分水器

（10）机体固定把手         （11）升降手轮              （12）换能器固定座

（13）换能器固定螺丝       （14）变幅杆                （15）焊头

（16）触发开关             （17）急停开关              （18）限位螺栓

（20）电源开关             （21）过载指示灯            （22）超声测试开关

（23）负载电流表           （24）调频电感              （25）散热风口

（26）控制插座             （27）超声输出插座          （28）保险丝座

（29）电源线入口           （30）功率调节开关

B：组件名称及功能，超声波焊接机原理

（1）       下降速度：调节此旋钮可调节焊头下的速度，顺时针旋转减速、反之加速。

（2）       焊接时间：此钮为一波段开关，实为一可调电阻，调节超声波焊接的时间。

（3）       保压时间：此旋钮同焊接时间旋钮相同，用于调节超声波发射完后，塑料件固化的时间。

（4）       气压表：指示工作气压。

（5）       调压器：用于调节工作气压，将旋钮拔出即可调节，调好后再压入即可。

（6）       超声测试开关：轻触开关，即可发送超声波，一般用于检测超声波是否正常。

（7）       焊头升降开关：主要用于校对模具，该开关为自锁开关，按下后需重按复原。

（8）       延迟时间：表示从触发开始到超声波发出之间的延时时间；

（9）       分水器：用于分离压缩空气中的水分，请在积水半满时将杯底针向上压，以排出积水。

（10）   机体固定把手：用于固定上部机架。

（11）   升降手轮：将（10）松开后即可调整机架高低。

（12）   换能器固定座：用于固定换能器系统。

（13）   换能器固定螺丝：

（14）   变幅杆：又叫增幅器，用于放大换能器输出振幅。

（15）   焊头：又叫焊模，将超声波能量传至工件。通常为谐振频的半波长，材料多为钛合金或铝合金，铝合金焊头易在工作物上留下氧化物，可以电镀或使用防热塑料膜来防止。

*注意*焊头不可以任意修改，否则会改变其谐振频率及机械强度，容易导致换能器或电器零件损坏。

（16）   触发开关：两边开关同时触发，可实现正常程序。

（17）   急停开关：该开关为自锁开关，一经触发，则焊头不能下降。如触发后应旋钮复位，便于程序运作。

（18）   限位螺栓：调节螺栓上螺母位置，可限制焊头下降的高度，控制塑料件熔接深度。

（20）电源开关：打开此开关后，电源导通，指示灯亮，风扇开始运转。

（21）过载指示灯：当本机超声波振动异常时，此灯会亮，并停止发振。

（22）超声测试开关：触发即有超声波发生，用于检验声波是否正常。

（23）电流表：空载时，表示焊头谐振的程度，（指针越低越好，视焊头与输出段数而异，通常在1A以下负载时表示输出功率的大小。（视工件而定）。振幅表也表示谐振的程度，空载时也应调试至最小位置，且越小越好,最大不能超过60%..

（24）调频电感：调节电路部分的工作频率与机械振动谐振频率相匹配。（详细步骤，请参照操作要领。）

（26）控制插座：利用电缆连接，传输控制回路信号。

（27）超声输出插座：利用电缆连接，将高压电信号传输给换能器。

（28）保险丝座：容纳保险丝。

（30）振幅调节开关：选定适当的焊头输出振幅，以配合工作之要求，该开关只有低高档，其余皆为空档。

（超声波焊接机原理）操作要领：

1、超声波焊接机原理：

将220V/50HZ的电源供电，转变为20KHz的高压电能，利用换能器转换成机械能，机械振动经变幅杆放大经焊头传递至被加工物，利用空气压力，产生工件接触面加压摩擦熔接的效果。

2、 安装程序：

A：将机架上的三根电缆分别接入底座和发生器的插座上，并拧紧。

B：安装好换能器系统，并拧紧固定螺丝。

C：调整机架高度并拧紧机体固定把手。

D：观察底座上急停开关是否复位，如未，请复位。

E：连接好气源及电源，并接好地线。

F：将焊头与变幅杆之间的接触面擦拭干净，在两个端面上涂抹少量硅油或黄油，将螺杆拧入焊头一边拧紧，然后将焊头与变幅杆这宰用螺杆连接，并用板手锁紧。

G：操作前，请务必做超声检测，以确定发生器频率与换能器系统机械谐振频率一致。尤其是更换焊头或改变输出振幅之后，不可疏忽。

3、 超声波焊接机原理之超声波检测：为了达到最佳的使用效果并维护本机的性能，调整发生器与换能器系统的谐振，非常重要。

A：调谐前，确保焊头与变幅杆之间必需锁紧。调谐时，焊头不要接触其它物品。

B：打开电源开关，此时电源指示灯亮。

C：按下超声波测试开关，并注视振幅表和电流表，如电流表指针超过1A或百分表超过50%按下超声测试开关的时间要非常短），调整调谐电感，左右旋转直到电流表指示在最小位置，通常电流表在1A以下，百分百在20%以下为正常，如果太大，勉强使用会损坏超声波发生器。

*注意*

（1）：调整调谐电感时，负载表电流表和 振幅指示表大小变化，并非表示功率输出大小，只表示发生器与换能器能器系统谐振程度，（电流越小，谐振越好）。（还可调整振幅调节开关，但不可在有超声波输出时调整振幅调节开关，以防高压电击。）

（2）：负载表空载时，表示谐振程度；带负载时，表示输出能量。

（3）：调谐时，如过载指示灯亮，应立即松开测试开关，过3秒钟之后，调整调谐电感，再做超声波检测。

（4）：正确的调谐非常重要，如果无法达到正常情况，请参照故障检测表，不可勉强使用，以免损坏机器。

4、 超声波焊接机原理之校模：

为达到高的生产效率，焊头与塑料件之间的距离应尽量缩短但仍需留有足够的空间方便取放塑料件。

1、  将塑料件放在底座中调整气压在2Kg左右，利用焊头升降开关来使上下摸对准。

2、  选择适合的焊头与塑料件之间的距离锁紧机架固定把手。

3、  调整限位螺栓使焊头下降压紧塑料件之后仍有0.2mm左右的空间。（对于焊接深度要求较高的塑料件，此空间相应加大）。

4、  调整焊接、保压时间、气压、试焊样件。

5、  观察样件,如发现焊接不均匀,则需要细调底座的平衡,一般原则为焊接部位熔接越厉害,则应调低，在底座相反位置垫上纸片等抬高底座对应位置，使塑料件与焊头吻合良好。

6、 

（附记）：影响塑料件超声加工的因素如下：

（1）、接触面的设计     （2）、焊接线的设计          （3）塑料材质

（4）塑料件外形和尺寸  （5）焊接面与焊头之间距离   （6）焊头的设计

（7）焊头的振幅        （8）校模的准确性           （9）焊接压力、时间参数的选择

超声波焊接机原理之故障排除

（1）焊接故障

（2）超声波焊接机原理之 机器故障

超声波焊接机原理之 超声波模具设计

  本公司有专业工程师为顾客设计各类型超声波模具，提供专业技术指导及超声波维修服务，以及解决一切熔接难题。同时，更骋有专业设计师为阁下设计特定之自动化超声波熔接机，以应顾客不同之生产需求。

设计工件熔接线图解

超声波焊接机原理：

我们知道正确的波的物理定义是：振动在物体中的传递形成波。这样波的形成必须有两个条件：一是振动源，二是传播介质。波的分类一般有如下几种：一是根据振动方向和传播方向来分类。当振动方向与传播方向垂直时，称为横波。当振动方向与传播方向一致时，称为纵波。二是根据频率分类，我们知道人耳敏感的听觉范围是20HZ-20000HZ，所以在这个范围之内的波叫做声波。低于这个范围的波叫做次声波，超过这个范围的波叫超声波。

波在物体里传播，主要有以下的参数：一是速度V，二是频率F，三是波长λ。三者之间的关系如下：V=F.λ。波在同一种物质中传播的速度是一定的，所以频率不同，波长也就不同。另外，还需要考虑的一点就是波在物体里传播始终都存在着衰减，传播的距离越远，能量衰减也就越厉害，这在超声波加工中也属于考虑范围。

1、 超声波在塑料加工中的应用原理：

塑料加工中所用的超声波，现有的几种工作频率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用纵波的波峰位传递振幅到塑料件的缝隙，在加压的情况下，使两个塑料件或其它件与塑料件接触部位的分子相互撞击产生融化，使接触位塑料熔合，达到加工目的。

2、 超声波焊机的组成部分和原理

超声波焊接机主要由如下几个部分组成：发生器、气动部分、程序控制部分，换能器部分。

发生器主要作用是将工频50HZ的电源利用电子线路转化成高频（例如20KHZ）的高压电波。

气动部分主要作用是在加工过程中完成加压、保压等压力工作需要。

程序控制部分控制整部机器的工作流程，做到一致的加工效果。

换能器部分是将发生器产生的高压电波转换成机械振动，经过传递、放大、达到加工表面。

现在国内应用较多的发生器一般有两种：一种是以美国BRANSON公司为代表，所采用的桥式功放电路，保护电路采用相位保护，工作频率一般为20KHZ。其优点是电转换效率高，缺点是频率调节电感调节范围窄，频率跟踪性能较差。另一个缺点是功率不可能做得很大，最大也就是3KW左右；另一种是台湾型机器，普遍采用B类功放、过流保护、桥式反馈。优点是功率可以做得较大（如4.2KW），频率跟踪性能好，大功率情况下一般采用15KHZ的工作频率。缺点是电转化效率较低，15KHZ的工作频率是人耳所能听到的，反映出噪声较大；另外还有瑞士、德国、日本的采用频率自动跟踪技术的机器。因其价格较高 ，国内并不常见。

超声波换能器部分由三部分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称二级杆、变幅杆，BOOSTER）；焊头（又称焊模，HORN或SONTRODE）。

①            超声波换能器(TRANSDUCER)：换能器的作用是将电信号转换成机械振动信号。将电信号转换成机械振动信号有两种物理效应可以应用。A：磁致伸缩效应。B：压电效应的反效应。磁致伸缩效应在早期的超声波应用中较常使用，其优点是可做的功率容量大；缺点是转化效率低，制作难度大，难于大批量工业生产。自从朗之万压电陶瓷换能器的发明，使压电效应反效应的应用得以广泛采纳。压电陶瓷换能器具有转换效率高，大批量生产等优点，缺点是制作的功率容量偏小。现有的超声波机器一般都采用压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器是用两个金属的前后负载块将压电陶瓷夹在中间，通过螺杆紧密连接而制成的。通常的换能器输出的振幅为10μm左右。

②             超声波变幅杆（BOOSTER）：变幅杆本身就是一条金属柱，通过形状的设计，可以将换能器传递过来的振幅进行放大，达到加工塑料件所需能量振幅，相当于加热的温度，如我们常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅为20μm左右；尼龙、聚丙稀所需的加工振幅为50μm, 左右。

③            超声波模具（HORN）：焊头的作用是对于特定的塑料件制作，符合塑料件的形状、加工范围等要求。

换能器、变幅杆、焊头均设计为所工作的超声频率的半波长，所以它们的尺寸和形状均要经过特别的设计；任何的改动均可能引致频率、加工效果的改变，它们需专业制作。耐用根据所采用的材料不同，尺寸也会有所不同。适合做超声波的换能器、变幅杆和焊头的材料有：钛合金、铝合金、合金钢等。由于超声波是不停地以20KHZ左右高频振动的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。

4、超声波焊接机的参数及调节方法：

一般的超声波焊接机上有如下的参数是可以调节的：

A：超声波发生器上的调谐旋钮：这是超声波焊机最关键的一个调节旋钮。其调节目的是使超声波发生器所发出的高压电信号频率同换能器部分的机械谐振频率一致。方法是轻触测试开关、左右设防该旋钮，使负载指示的电流为最小，即可完成调谐步骤。

B：振幅档：此旋钮有些机种上没有这个旋钮，其功能是通过调节发生器的输出电压，达到高速输出振幅的目的。

C：气动部分：包括调速器、气压调节旋钮。调速器用于调节气缸的上、下速度。气压调节旋钮调节工作气压。

D：熔接时间（WELD TIME）：用于调节超声波发射的时间，一般的塑料件熔接时间为 0.6S以下，通常超过1.5S熔接时间均可视作失败熔接（可视作振幅不够，或设计不合理）。

E：保压时间（HOLD TIME）：保压时间相当于加工塑料件之后的固化时间，通常如果塑料件的固定位设置得好，此时间可不用考虑，如果塑料件内部有弹簧等部件，该时间应相应调长。

F：延迟时间：触发调节有两种方式，一种是延时触发。这种调节一般指示为延迟时间（DELAY TIME）。其所指为从触发机器开始到超声波发射为止的时间。通过调节，可实现先发射超声波再熔接，或先压紧塑料件再触发超声波。另一种是压力触发。这种触发方式常见于美国BRANSON形式的超声波焊接机中，其原理是调节压紧塑料件的力度来触发超声波。对于较大的塑料件，为防止起振失败，多采用先触发超声波再熔接，或以较小的触发力度。