超声波焊接机原理及功能简介

超声波原理：

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。

声波在物体里传播，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，这在超声波设备加工中也属于考虑范围。

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40KHz、35khz、30khz 、28khz、20KHz和15KHz， 20KHz以上的频率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，因此噪音较大。

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、 超声波焊接机的组成部分和原理

超声波塑焊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，振动系统。

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）的高压电流。

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。

振动系统的作用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。

A：组件名称

（1）升降速度               （2）焊接时间（超声时间）   （3）保压时间（冷却时间）      

（4）气压表                 （5）调压阀                 （7）焊头手动升降开关       

（8）延迟时间               （9）过滤器                （10）机体固定把手    

（11）升降手轮             （12）换能器盖              （13）换能器固定螺丝      

（14）变幅杆                （15）超声波焊头           （16）启动开关            

（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（频率微调）  （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

（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：为一可调电阻，可以调节超声波焊接的时间长短。

（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）       超音波测试开关：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，下降时不会发出超声波；

（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）       过滤器：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：又叫超声波模具，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PE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）   启动开关：两边开关同时触发，可实现预先设置的时间进行工作，注意不可单手操作或改为一个开关。

（17）   急停开关：用于在紧急情况下，使程序终止，焊头上升。

（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（即2.5小格）以下，（UE机为20以下），在正常焊接时表示输出功率的大小。（视工件而定）。

（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

超声波振动系统由三部分组成：换能器（TRANSDUCER）；增幅器（又称变幅杆、增幅杆，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            超声波焊头（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。

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