nalex超声波焊接机的原理分析

超声波焊接是一种加工技术，其中热塑性树脂立即熔化并通过精细的超声波振动和压力连接。
这种连接方法不仅用于焊接成型产品，还广泛用于凸台填缝和点焊、薄膜和无纺布密封以及金属嵌件等广泛领域。
但是，超声波焊接仅适用于热塑性塑料（加热时熔化的树脂），不能应用于聚氨酯和环氧树脂等热固性树脂。
这里，解释了超声波焊接的原理。

超声波焊接机将电能转换为机械振动能，同时施加压力，在两个热塑性部件的连接处产生强烈的摩擦热，使树脂熔化和粘合。
为了进一步详细说明，50/60 Hz的电信号首先通过振荡器（发生器）转换为20 kHz（或35 kHz）的电信号。
此外，输入端的电压通常为AC200~240V，但在振荡器内部放大到近1000V并传输到振荡器。
在赫尔曼超声波振荡器中，电路不使用任何普通继电器，而是使用所有固态继电器并且是模块化的。

振荡器放大的 20 kHz（或 35 kHz）电信号从振荡器传输到换能器，在那里转换为机械振动能量。
将电信号转换为机械振动能量的压电陶瓷压电元件在提供交流电压时会改变其尺寸（厚度），并且变化量很小，但它们具有非常大的力。
为了使压电元件以所用频率波长的1/2共振，用螺栓固定了几个压电陶瓷，当向它们提供交流电压时，元件膨胀和收缩。
对于赫尔曼 20 kHz 元件，输出表面的振幅约为 16 μm （P-P）。
20 kHz 振荡器每秒执行 20，000 次振动，振动能量通过称为喇叭的谐振器传输到部件。

如果喇叭等于或大于零件的尺寸，则零件表面产生的热量可以忽略不计，并且大部分传递到待焊接零件的边界。
传递的振动能量在界面处产生强烈的摩擦热，瞬间上升到树脂的熔化温度并被焊接。
熔体完成焊接所需的时间取决于树脂的材料以及从喇叭到界面的距离，但在许多情况下不到一秒钟。

在前面的解释中，提到振动能量从振荡器传递到喇叭，但实际上，通常安装一个称为助推器的组件，该组件在两者之间转换机械振幅。
这会增加或减少换能器发射的 16 μm（20 kHz 时）并将其传输到喇叭。
在超声波焊接中，决定施加到零件上的能量的因素是焊接时间、压力和振幅，通过改变振幅，可以支持广泛的应用。
换句话说，最佳焊接的一个因素是喇叭端面的振幅设置。
作为一般规则，喇叭是根据每个部分进行处理的，因此根据它们的形状，可能无法从一开始就获得足够的振幅。
因此，升压器增加或减少从振荡器传输的振幅并将其传输到喇叭。

例如，如果安装了 2.0 倍升压器，则从振荡器传输的 16 μm 振幅变为 32 μm 并传输到喇叭。
通过从中心（节点）改变上下平方的比率来获得助推器的幅度转换。
与节点上方的细胞相比，放大振幅的助推器在底部具有较小的细胞，相反，降低振幅的助推器相对于上部平方具有更大的下细胞。
如果顶部和底部的比例相同，振幅不会增加或减少，而是直接传输到喇叭。

如果在不改变其他条件的情况下增加振幅，则焊接能量相应增加。
例如，如果在某些焊接条件下焊接的工件的粘合强度较弱，则如果将助推器更换为更高的放大倍数，而其他条件（焊接时间和施加的压力）保持不变，则粘合强度可能会增加。
这意味着振幅越高，产生的能量越多，焊接强度就越高。
但是，在高振幅的情况下，扭矩低于低振幅的扭矩，如果压力增加，可能会出现振动停止的“失速现象"，因此必须注意必须注意。
这种“失速现象"与突然尝试在汽车中以高档启动时的失速相同。
目前的一些超声波焊接机使用恒定振幅电路（负载调节），其中振幅值不会根据振荡时的负载而变化，尽管失速发生的频率比以前少，但在尝试以高的振幅和高压焊接时仍可能发生错误。
因此，在高振幅的情况下，可能需要通过在振荡开始时降低压力（触发力）来以低负载开始振荡。

喇叭通常是半波长共振器，其材料一般为铝或钛合金。
其中，钛合金因其声学和强度特性而被广泛使用，是适合喇叭的材料。
铝合金价格低廉，具有良好的声学性能，但强度低于钛，因此在高振幅设计中必须小心。
此外，由于铝合金容易磨损，因此经常采用硬铬镀层来减少磨损。

有时也使用钢，但钢比钛或铝硬，因此具有更好的耐磨性，但是当它发出高振幅时很容易断裂，因此用于低振幅喇叭。
喇叭的形状根据要焊接的部件确定，但喇叭的振幅由节点的上下质量之比增加或减少，如助推器中的节点。

在这种流动中进行的超声波焊接具有以下优点，因此广泛用于各个领域。

• 快速循环（通常焊接时间小于1秒）

• 低成本（运行成本低，因为不需要粘合剂等耗材）

• 美丽的表面处理（即使是表面经过油漆处理的也可以焊接）

• 高强度（相同材料之间的焊接可以在接近母材强度的水平上焊接）

• 易于自动化（专为轻松引入自动化机器而设计）

• 可以获得高气密性（由于接头表面上的树脂熔化，因此可以获得高气密性）

• 低功耗（仅待机功率，超声波振荡期间除外）

• 高重现性（参数进行数值管理，可保存程序）

• 易于控制（每个参数都经过数字控制，以实现精确控制）

• 无恶臭