超声波焊接系统的组成部分

文章来源：「南京-扬州」超声波焊接机,江苏振动摩擦焊接机,超声波塑料焊接机,超声波焊接模具  添加时间：2019-2-28 5:47:18

　　压力机采用超声波焊接系统提供必须在焊接过程中施加的力。提供安装件以承载换能器/增强器/超声波发生器组件，通常统称为“堆叠”。在任何超声波焊接应用中施加受控力是至关重要的，因为从发电机汲取的功率直接受施加的压力的影响。因此，压力机必须提供刚性安装和精确施加的下压力。除了极少数例外，所有超声波焊接压力机都是气动操作的，与时间相比，气缸提供指数上升的事实通常有利于焊接过程。一些现代压力机还可以选择附加的线性编码器，以进一步加强对焊接深度的控制。主要功能摘要

　　坚固的机械设计

　　低摩擦滑动机构

　　力量能力50-3000N

　　准确的行程调整

　　可调节的机械挡块

　　高精度压力调节和速度控制

　　大多数标准生产印刷机都配有双手启动系统，以提供必要的操作员安全性。带有滑动台和完全封闭防护装置的机器提供更高程度的安全性，同时还提供第三方保护。对于可以从被焊接的部件产生高水平噪声的应用，可能需要提供局部或完全封闭的声学隔间。

　　发电机

　　在一个该发生器的超声波焊接系统的电源50-60赫兹供给到根据发电机的额定功率20-50千赫的超声波频率转换，它可以被设计成从一个单相或三相电源供电。发电机为焊接操作提供动力，因此是机器的关键特征。它必须能够提供非常一致的输出幅度并且能够抵抗过载。

　　主要特征概述

　　在所有功率水平下的一致振幅-在焊接过程中发电机的功率消耗差异很大，发电机必须能够提供非常一致的振幅水平，以确保焊接部件的质量水平得以保持。

　　精确的频率控制-发电机的输出频率必须与所用工具的共振频率相匹配。还必须精确地保持该频率，以防止工具和换能器中的不必要的应力。如果频率未正确控制，则可能导致工具和/或传感器过早失效。

　　过载保护-从超声波发生器吸取的功率直接受到焊接操作期间施加的压力的影响。过高的压力设定或不正确地将部件装入嵌套会导致发电机的功率需求超过其能力。

　　发电机需要配备必要的快速动作过载保护电路，以防止这些过载条件对发电机产生不利影响。

　　自动调谐-由于压力，热量和磨损的影响，超声波发生器的共振频率在焊接循环期间变化。需要通过改变发电机的输出频率来补偿这些变化，以匹配工具的变化。

　　高工作循环-许多超声波焊接机，特别是在自动机器中，每分钟最多可焊接60次焊接，典型焊接时间为半秒或更长。发电机必须能够维持该占空比，同时保持其输出特性。

　　筛选电磁干扰-这是所有欧洲国家的法定要求。

　　提供数字频率显示器提供了检查谐振元件的故障和频率变化的有用手段。

　　传感器

　　换能器将施加的“振动”电信号变为机械振动。这是通过使用烧结陶瓷PZT（锆钛酸铅）材料实现的，当施加电极化的变化时，该材料产生厚度变化。厚度的变化非常小，约为1-3μm。为了产生足够大的运动以用于焊接操作，在一个转换器中使用多个PZT盘。PZT材料在将电能转换为机械振动方面非常有效，通常超过95％。这使得转换器中的热量增加能够保持最小。

　　早期的超声波焊接机是使用金属开发的，这些金属的长度随极化的变化而变化。这些类型的材料称为磁致伸缩。由于其转换能量的效率低得多，几乎所有超声波设备现在都使用PZT材料。

　　助推器

　　增压器将能量从转换器传递到超声波发生器。机械振动的幅度在其通过增强器的过程中也可以被放大。通过在其节点（中心）点引入直径的步骤，通过改变增强器每端的质量来实现这种放大。

　　一系列标准增压器比率可用于在超声波发生器的焊接面处产生正确的振幅。

　　Sonotrode

　　超声波发生器将焊接能量直接传递到待焊接的部件中。超声波发生器的设计取决于许多因素，包括：

　　振幅，需要增益

　　频率

　　要焊接的材料

　　Sonotrode材料

　　组件的概况或形式

　　超声波发生器中的应力水平影响使用中的工具的耐久性，并且物理尺寸受频率限制。

　　物料

　　仅铝-高强度合金是合适的。由于其柔软的性质，铝质超声波发生器仅适用于不太可能发生或不需要磨损的应用，即用于实验性超声波焊接或焊接未填充材料。

　　钛-最常用的材料，用于大批量焊接工作。钛能够承受比铝更高的应力水平，因此可用于需要高增益和耐磨性的超声波探头。

　　钢-声学上不是那么好的材料，导致超声波发生器具有更高的损耗和应力。这种材料可以硬化以承受高水平的磨损，这使得它适用于插入玻璃填充材料的应用和焊接。特殊等级的烧结或粉末冶金钢也可用于某些特殊焊接应用。

　　Sonotrodes的类型

　　阶梯式圆柱形-最常见的类型，制造*********，每端不同直径以提供所需的增益。

　　指数圆柱形-上述指数形状的发展，以减少超声波发生器中的应力，具有较低的增益能力。

　　Catenoidal圆柱形-阶梯式和指数式组合，减少应力和适度增益。

　　母亲/女儿-将较小的超声波探头组装到一个大块的超声波发生器上，以便在一个系统上运行多个超声波探头。

　　贝尔-超声波探头与中心无聊提供增益，允许使用******超声波发生器直径进行焊接。

　　块-矩形超声波发生器，无增益，用于焊接大型扁平元件。

　　叶片-矩形超声波探头，增益适用于长焊或窄焊。

　　开槽-超过一定尺寸的圆柱形，钟形，块形或叶片超声波探头需要开槽以消除在超声波发生器中产生的假频率，这对其操作是有害的。

　　超声波发生器的增益通常可以通过将超声波发生器末端的表面积的比较表示为比率来确定。

　　有关超声波发生器的更多信息，请参见本课程的超声波发生器设计部分。

　　Nest/Jig/Anvil

　　焊接过程中元件嵌套的方式对焊接操作的成功至关重要。必须将组件定位成允许两个待焊接部件之间的自由运动。当超声波发生器被设计成定位在模制件上的特征周围时，巢相对于超声波发生器的精确定位是特别重要的。在很大程度上，嵌套材料的选择将取决于待焊接组件的材料，尺寸和形状。由于某些材料比其他材料更容易传输超声波，因此必须考虑由于元件和嵌套之间产生振动而损坏元件的可能性。通常可以通过用合适的材料（例如软木或聚氨酯片）衬砌巢来克服该问题。

　　控制

　　自从引入超声波焊接以来，电子技术的进步已经非常巨大。现在可以非常精确地控制焊接过程中的焊接和冷却时间。还可以测量传递到组件的能量，从而改变焊接时间，使得每个组件接收相同量的能量。根据焊接应用，可以选择最合适的控制系统。