超聲波焊接機工作原理及調試方法

超聲波焊接機工作原理：

我們知道正確的波的物理定義是：振動在物體中的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個條件：一是振動源，二是傳播介質。波的分類一般有如下幾種：一是根據振動方向和傳播方向來分類。當振動方向與傳播方向垂直時，稱為橫波。當振動方向與傳播方向一致時，稱為縱波。二是根據頻率分類，我們知道人耳敏感的聽覺范圍是20HZ-20000HZ，所以在這個范圍之內的波叫做聲波。低于這個范圍的波叫做次聲波，超過這個范圍的波叫超聲波。

波在物體里傳播，主要有以下的參數：一是速度V，二是頻率F，三是波長λ。三者之間的關系如下：V=F.λ。波在同一種物質中傳播的速度是一定的，所以頻率不同，波長也就不同。另外，還需要考慮的一點就是波在物體里傳播始終都存在著衰減，傳播的距離越遠，能量衰減也就越厲害，這在超聲波加工中也屬于考慮范圍。

1、 超聲波在塑料加工中的應用原理：

塑料加工中所用的超聲波，現有的幾種工作頻率有15KHZ，18KHZ，20KHZ，40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙，在加壓的情況下，使兩個塑料件或其它件與塑料件接觸部位的分子相互撞擊產生融化，使接觸位塑料熔合，達到加工目的。

2、 超聲波焊機的組成部分和原理

超聲波焊接機主要由如下幾個部分組成：發生器、氣動部分、程序控制部分，換能器部分。

發生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。

氣動部分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。

程序控制部分控制整部機器的工作流程，做到一致的加工效果。

換能器部分是將發生器產生的高壓電波轉換成機械振動，經過傳遞、放大、達到加工表面。

現在國內應用較多的發生器一般有兩種：一種是以美國BRANSON公司為代表，所采用的橋式功放電路，保護電路采用相位保護，工作頻率一般為20KHZ。其優點是電轉換效率高，缺點是頻率調節電感調節范圍窄，頻率跟蹤性能較差。另一個缺點是功率不可能做得很大，最大也就是3KW左右；另一種是臺灣型機器，普遍采用B類功放、過流保護、橋式反饋。優點是功率可以做得較大（如4.2KW），頻率跟蹤性能好，大功率情況下一般采用15KHZ的工作頻率。缺點是電轉化效率較低，15KHZ的工作頻率是人耳所能聽到的，反映出噪聲較大；另外還有瑞士、德國、日本的采用頻率自動跟蹤技術的機器。因其價格較高 ，國內并不常見。

換能器部分由三部分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。

①換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號轉換成機械振動信號。將電信號轉換成機械振動信號有兩種物理效應可以應用。

A：磁致伸縮效應。

B：壓電效應的反效應。磁致伸縮效應在早期的超聲波應用中較常使用，其優點是可做的功率容量大；缺點是轉化效率低，制作難度大，難于大批量工業生產。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發明，使壓電效應反效應的應用得以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉換效率高，大批量生產等優點，缺點是制作的功率容量偏小?，F有的超聲波機器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個金屬的前后負載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。

②變幅桿（BOOSTER）：變幅桿本身就是一條金屬柱，通過形狀的設計，可以將換能器傳遞過來的振幅進行放大，達到加工塑料件所需能量振幅，相當于加熱的溫度，如我們常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅為20μm左右；尼龍、聚丙稀所需的加工振幅為50μm左右。

③焊頭（HORN）：焊頭的作用是對于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。

換能器、變幅桿、焊頭均設計為所工作的超聲頻率的半波長，所以它們的尺寸和形狀均要經過特別的設計；任何的改動均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業制作。耐用根據所采用的材料不同，尺寸也會有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。

3、超聲波焊接機的參數及調節方法：

一般的超聲波焊接機上有如下的參數是可以調節的：

A：超聲波發生器上的調諧旋鈕：這是超聲波焊機最關鍵的一個調節旋鈕。其調節目的是使超聲波發生器所發出的高壓電信號頻率同換能器部分的機械諧振頻率一致。方法是輕觸測試開關、左右設防該旋鈕，使負載指示的電流為最小，即可完成調諧步驟。

B：振幅檔：此旋鈕有些機種上沒有這個旋鈕，其功能是通過調節發生器的輸出電壓，達到高速輸出振幅的目的。

C：氣動部分：包括調速器、氣壓調節旋鈕。調速器用于調節氣缸的上、下速度。氣壓調節旋鈕調節工作氣壓。

D：熔接時間（WELD TIME）：用于調節超聲波發射的時間，一般的塑料件熔接時間為 0.6S以下，通常超過1.5S熔接時間均可視作失敗熔接（可視作振幅不夠，或設計不合理）。

E：保壓時間（HOLD TIME）：保壓時間相當于加工塑料件之后的固化時間，通常如果塑料件的固定位設置得好，此時間可不用考慮，如果塑料件內部有彈簧等部件，該時間應相應調長。

F：觸發調節：觸發調節有兩種方式，一種是延時觸發。這種調節一般指示為延遲時間（DELAY TIME）。其所指為從觸發機器開始到超聲波發射為止的時間。通過調節，可實現先發射超聲波再熔接，或先壓緊塑料件再觸發超聲波。另一種是壓力觸發。這種觸發方式常見于美國BRANSON 8400和8700形式的超聲波焊接機中，其原理是調節壓緊塑料件的力度來觸發超聲波。對于較大的塑料件，為防止起振失敗，多采用先觸發超聲波再熔接，或以較小的觸發力度

調試方法

一、超音波熔接后，移位了怎么辦？
　　《解決方法》
　　1.降低熔接壓力。
　　2.底模加高，使其超過熔接線 2mm 以上。
　　3.使用超音波傳導熔接。
　　4.上模（HRON）壓到產品才發振。
　　5.修改塑料產品，增強定位。

二、超音波熔接后，產生傷痕（斷、震裂、燙傷）怎么辦？
　　《解決方法》
　　1.降低壓力。
　　2.減少延遲時間（提早發振））。
　　3.減少熔接時間。
　　4.引用介質覆蓋（如ＰＥ袋）。
　　5.模治具表面處理（硬化或鍍鉻）。
　　6.機臺段數降低或減少上模擴大比。
　　7.易震裂或斷之產品，治具宜制成緩沖，如軟性樹脂或覆蓋軟木塞等（此項指不影響熔接強度）。
　　8.易斷裂產品于直角處加Ｒ角。

三、超音波熔接后，發現變形扭曲怎么辦？
　　《解決方法》
　　1.降低壓力（壓力最好在 2kg 以下）。
　　2.減少超音波熔接時間（降低強度標準）。
　　3.增加硬化時間（至少 0.8 秒以上）。
　　4.分析超音波上下模是否可局部調整（非必要時）。
　　5.分析產品變形主因，予以改善。

四、超音波熔接后，內部零件破壞怎么辦？
　　《解決方法》
　　1.提早超音波發振時間（避免接觸發振）。
　　2.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。
　　3.減少機臺功率段數或小功率機臺。
　　4.降低超音波模具擴大比。
　　5.底模受力處墊緩沖橡膠。
　　6.底模與制品避免懸空或間隙。
　　7.HORN（上模）逃孔后重測頻率。
　　8.上模逃孔后貼上富彈性材料（如硅利康）。

五、超音波熔接后，產品發現毛邊或溢料怎么辦？
　　《解決方法》
　　1.降低壓力、減少超音波熔接時間（降低強度標準）。
　　2.減少機臺功率段數或小功率機臺。
　　3.降低超音波模具擴大比。
　　4.使用超音波機臺微調定位固定。
　　5.修改超音波導熔線。

六、超音波熔接后，發現產品尺寸不穩定怎么辦？
　　《對策》
　　1.增加熔接安全系數（依序由熔接時間、壓力、功率）。
　　2.啟用微調固定螺絲（應可控制到 0.02mm）。
　　3.檢查超音波上模輸出能量是否足夠（不足時增加段數）。
　　4.檢查治具定位與產品承受力是否穩合。
　　5.修改超音波導熔線。

七、超音波熔接后時，總是單邊燙傷怎么辦？
　　《解析》
　　超音波振動熔接，并非單純直線縱向振動（撓曲與橫向振動不在此討論），而是形成交叉式縱向下降振動，而上模超音波輸出端能量亦是有一定的強弱分布點，氣壓、電壓、機臺雖決定功率輸出能量的穩定性，但能量分布點亦呈現比例性增減，如果發現超音波熔接時制品總是單點燙傷，即表示上模該點輸