大功率超声波塑料焊接机的设计

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全文： 大功率超声波塑料焊接机的设计

超声波焊接机塑料焊接机塑料件声学技术蒋贻龙不详1989第六图书馆 大功率超声波塑瓣辉接机的设讨　翁赡譬　

随着超声波塑料焊接工艺　一　对不同类型超声波塑料焊接设备　一瓤　来越突出。最大输出功率在１千　声焊接设备已不能满足用户的要， 较大面积的塑料件和可焊性较差，就需要提供更大功率的超声波焊接机。根据以上这一情况，在我厂成又设计研制了功率为２千瓦超声波塑料焊接机，该焊接机已＝９ｓ０　门８年　通过了样机审定。　超声波塑料焊接机是一个由兰者有机结合的综台性设备，娶波　十　　　面，而承受的功率不能太大　然而ｔＪ做有明显的可取之处，它可使耳，：分丰富，更好地发挥清洗通过对单晶片换能器积累了一些经验的资料，为一ｌ磁够捧Ｊ＝】ｒ　　Ｉ　弱其它清洗产品上做了一　绺ｒ　．　 ·一学妒　　　；；　…　 ‘ｌ＿端出划蕞统百着　　：．　蕾　牡蛸　叠－’　蜀　！ｄ　一　－ 譬　 ｌ　ｌ 　１！ｆ　一，－－　；１　　　蔷㈠　 、　 ㈨　弛耗　 ；　 如　 ㈠　‘　 ，　 镀寺　｛能器　｝　杯曩曲　啦　ｒ　舞　＆ｃ　｝ 授毙需　 幽　０－　．机的颚瘁　功率都能，．ｃ确　　 五、Ｃｏ试　Ｑ３机 粜　 ＾僦＊要　　 慷镛｛，稳蕈　也　 蒜　研述　｛Ｑ３ｅ超宙波稿洗器基出　　　１ ＣＱ３机经反复进行温　浆詹　靖莱　ＯＥ斌 ｊ矧　的和设　要求　妻鹿路设计和元　Ｉ训｝　帮忙进　鲍各个　面零鞲强低生　。。成　．　　：出瑷满慧的嫂朵　； 当满意。勇试仪器用交流屯批　．薄安最　《Ｉ直流电压表，频率仪，示淑　趣童接冀　下述ｌ在ＣＱ３　ｏ机输入端并谈　ｆ　串接交流电流袭，在滤波电容Ｃ后并接直　　电压表，串接直流电流表；用示波器测Ｂ　Ｇ。集电极处波形，用频率计测换能器前的频　率。　在温度船℃，电压２２Ｖ情况下，进行　４　 ’０可以清洗　ｌ暗辩的物件　磷驰　０３机　鹭　ｊ怖．假牙，等等：可ｌ满足科研　也　ｊ 教学，医疗等觑位清洗小批蠓　小尼０梅密　　 另件的使用。由于其价榜　当使　 位刚安　 全，造型小巧精致，故有希犁班“一般市　－家庭，其使用范围可望有进一步　‘　 连续８小时试验，结果见表　　．声学技术　　崮１　 厂ｌ坪Ｊ一ｌ．式一　＾　　　的Ｉ，『２站晕Ｉ带｜率撅图３　 １　＾１　峨破　／　：土形式｝门轴丰埠　 暖蟊璺州　 这种换能器的特点是本身已具备振幅　放大作用．用于大功率焊接设备效果较为理　想。在设计过程中除了压电晶片有一定性能　要求外，另一方面还必须满足聚能器的声学　特性和机械强度，这就对选择材料提出了一　是的要求。为满足声学及机械强度特性，我　们在研制２瓦换能器中，用了钛台金制成　千采的｝波长聚能器和｝波长振子组台的换能　器，通过小信号测试和加上功率后的实际试　用，效果较为理想，性能都优于其它材料制　成的换能器。　在焊接设备中的振动系统一般都采用多　数形式的。见图２　 焊接模头的设计，对不同的焊接形状及　焊接形式需要有不同性能的焊头，如传输焊　接、嵌焊、铆焊等焊头的设计也是完全不同　 的，但有一点可确定，焊头部分一定是专波　长的，焊头可以设计成为带振幅放大形式的　也可设计成不带振幅放大形式的。见图３　由于焊接对象是多种多样，有着很多不　同形状的塑料焊件，所以在焊头设计制造中　 有较大的困难，特剐是大型焊头的设计就更　 为突出。但无论什么形式的焊头，现整个　，用振动系统之后，总酣牲毪穗磊垛证　即谐　振频率，谐拓阻努转换效率。汲　．　 一一　　２’　…　－《　奇０　＾　～　 ‘｛　　：搬　幢 ’诮　　田２　 关于专波长聚能器，主要是根据不同的　 腰４；‘　；牛 ｔ｝　　 焊接对象所需要的能量而确定。在大功率焊　接设备中，特别是作为传输焊接情况聚能器　 为了提高换能器的适应范围，我们对几　个不同形状的焊头在换能器土作了实际试　验。见围４　编号　１　 的放大比不易过犬，为了便于不弼对象的使　田，聚能器分为ｌ：．、ｌ：ｌ５ｌｌｌ２　２５。、　。，　ｌｔｌｌｔＯ６，对于聚能器的设计主要是　　、　．等　　考虑两个方面，一是材料的选择，二是加工　精度，特别是端面耦台性能一定要良好。我　们在２千瓦设计中对二只不同振幅放大比的　聚能器作了试用．并通过实样焊接，证明能　适虚多种形式焊接，进一步扩大了焊接机的　应用。　一 ‘‘…一“　　一’　２一　３　 各种焊头用小信号测试特性ｌ　谐振频率１。ＫＨｚ２。５８９　１０ＫＨｒ２　＿Ｈｚ　ｏ姻Ｋ　 谐拓阻抗　 ２　１ ２－’０　 ｒ一　瞢 在大功率条件Ｆ试验，用最大输出功率　（ ２瓦的发生器）千焊头端面为空气负载时　三　 种焊头的静态功率都不　于最大功率的１　太０， 这也说明起始功率越小昧换船器韵损耗　 ２６—　小外，更主要是可以增大动态范围。当焊头　端面接触非金属固体时，随着压力的增加，　输出功率也随之增加，较大的能量就被传送　到焊头界面，这种特性我们认为已经具备超　声波塑料焊接机对所用换能器的特定要求，　更重要的是大大提高了换能器的转换效率和　使用寿命。出于以上的独特性能，对大功率　源的设计也提出了一个新的要求，即输出功　 较小的匹配器和四只大功率管组成的功率　源，完全可以达到较高的转换功率。２瓦　在千 大功率超声波发生器研制中我们主要考虑两　个内容，一是大功率放大器的形式，＝是输　出匹配。　 １关于大功率放大器　．在９０瓦超声波发生器中是采用四只大　０功率管组成的垒桥功放电路，如果要提高一　倍功率，一般只能提高大功率管的指标或升　高工作电压等方法来解决，但这二种方法都　 率应具备自动控制功能。　

二、功率源系统　超声波塑料焊接机所用发生器，除顺序　电路，过载保护电路等辅助电路外，主要是　将大功率输出通过匹配送到换能器进行塑料　焊接，这个课题我们在研制９０瓦以下系列　０发生器时已作了较深的研究，实践证明，用　 存在着不同的缺点，别是大功率管的选择，特　提高反向耐压，增大电流，或并联使用等都　会影响功率放大电路的性能和转换效率。在　２瓦大功率研翩中是采用二组全桥功放电　千路通过匹配网络将功率合成起来的方法，这　样对每一组全桥功放三极管的要求仍是原　９０指标，是一个独立的放大电路。见图５０瓦　 圉５　 上图是一种以较少的元器件米达到高转　换效率新颖的功率合成电路。　２关于输出匹配　．通常所说的匹配有两个意思，一是指通　过匹配使功率放大电路能发挥最大的效率，　 其阻抗变化更为明显，所以对输出匹配的设　计就带来一定的困难。我们在２千瓦发生器　研制中，首先分解换能器在焊接过程中的基　本状态，一般分为三个阶段，（）换能器焊　Ｉ头端面为空气负载时的特性。（）换能器焊　２头端面接触焊件时（有部份空气）含的特性。　（）换能器焊头端面通过一定压力紧贴焊件　３时的特性。这三种状态在小信号条件下进行　测试，其中阻抗变化就可从十几到几百。针　对这一特性在大功率条件下也反复上述三种　状态，并通过匹配网络反馈到功率放大电　路，此时电功率也随着变化，即换能器焊头　 其二是通过匹配使功率电路向换能器输出额　定的电功率，但是要达到较理想的匹配，首　先要确定是什么特性的负载，如果是一种基　本不变的特性负载，就比较容易做到理想的　匹配。如果负载是一种在工作过程中主要参　数会变化的，我们这里主要是指阻抗变化）　（，情况就完全不同了，特别是换能器用在塑料　焊接设备中的工作状态，变化非常强烈，尤　声学技车　 端面为空气负载时，功放输出不超过最大输Ｃｘ一２Ｔ型超声波搪锡器　屠设琏　 上海超声波杖器厂）　一、 概 述　 ＝、工作原理　率设备出电源、超声控制　功放、换能　枯、裼缸　温控及电热翻等部份组成　§部　 １Ｘ～２型趟芦漓瑭褥器荽　、台式籀　。鹫 锡器。超声醺发生藩与锝缸自律巍　结构　 整机热分砘钝较旨理。出于本设备小型化　德髓耗．所　特别适耳于小塑零件如电阻　ｊ电容、晶体管等元器谇的；脚搪锝。ｉ　 的电气连接如。所示　Ｆ图振荡信号经放火后输出至抉能器，调节　攮荡频率使换能器谐振，这就是调谐工作方　 冉－Ｃｒ一２／　Ｘ一型超声波搪锡器采用了盘：　动频率跟踪技术，所以整机工作对　可始终　齄予最佬状怒，　　－·　 式。亦可冉抉能器在接通电源的瞬间所产生　购振动，经采样反馈至功放后再输送至换能　器来　生超声　这就是频率跟踪方式。　 超声控制电路受控于锡缸温度，当锡熔　化并到达２０Ｃ时　该控制电路ｊ始工作　９￣ｆ此　 电路起作用　此时，电加热酗以半功率加热　袭保持锯温。一般熔锡温度可控镧在３０℃　１～ 时，电源通过光控或脚踏开关有效地控制超　 ３Ｏ范围内。４℃　 声盼输出。避免了锡尚未熔亿就启动超声　、　 三　技术参数。 ‘　，子５Ⅳ　ｊ、Ｏ 电加热圈从温控电路接受电源面对锡缸　 发生器输Ｉ功率　岛 垒功率加热，当熔锡温度达到３０Ｃ时温控　１　出功率的１蹦。随着掉头端罐从　气变为珂　０烽件接触时－输出功率也就变大，．　将炸头　肺上一定压力与焊件紧贴畦，锭出功率就啪　压力增加而增犬以达到２千瓦辕出功率　嗣　ｊ：－发生器与换能器结台后的特性已县备　Ｉ，该｛输出功率自动调节的功能。从另一方面讲　 ２换能器工作频率ｚ９Ｉ．　ｉ±ＫＨＺ　。发生器功耗越较小等优点，当然政主要的拦　完全符台超声波墼料焊接这一特定要求　印　焊接过程定要其备输出功率自动控制遗…　蚀特的功能。　上两个课题我们进将有待更深的研　 冗．为研制更犬功率的换能器和功率源创造　定的基础　 我　认为已达到＿佳鳓Ｅ髓塞践也谣　．ｊ『最Ｅｊ　｝遥种觅法转换投罐　　～ ．磷能嚣南　爷鞍陡　在　靳　ｌ　神　 Ｚ“ｒ

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