【《超声波焊接机的主要结构及功能分析案例》2300字】

超声波焊接机的主要结构及功能分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u21948超声波焊接机的主要结构及功能分析案例 1195311.1超声波焊接机的工作组成 1221341.2发生器简介 213701.2振动系统简介 329921.2.1换能器 436121.2.2.变幅杆 569751.2.1.焊头 61.1超声波焊接机的工作组成3-1超声波焊接机工作原理图虽然目前市面上超声波焊接机种类、结构、大小都有很多，但是其基本原理和组成大都相同，主要是超声波发生器、超声振动系统和焊头这几部分组成超声波焊接工作原理是通过超声波发生器将220V或者380V十点流转换成15~50kHz的高频AC电流。然后传送到到换能器，在转换成相应频率的机械振动后，然后通过变幅杆改变振幅，传输到焊头。焊头将变化后的高频振动传递到焊接处。工具头将改变后的高频振动传递到焊接处，使两焊件的焊接表面因高频振动产生摩擦，生成大量的热，然后温度快速升高，物体表面分子融化在一起；超声波传递停止后，焊头继续压合一定时间，物体表面逐渐冷却凝固在一起，实现压合，焊接周期一般比较短暂，耗电也少，对环境基本无污染。。1.2发生器简介超声波发生器是超声波焊接机的供给部分。将市电转换成与换能器对应的高频AC电流。超声波发生器是超声波加工的电源，将50Hz的交流电变为15～30Hz的高频振荡电源，发送到换能器。其功率约为20～4000W，其工程图如图3-2所示。图3-2超声波发生器机电工程图图3-3超声波塑料焊接机振动系统结构图超声波发生器组成如图3-4所示，一般分为电源、振荡级、功率级和放大级四部分。超声波发生器能产生一个适合换能器的正弦波信号或脉冲信号频率。图3-4超声波发生器原理图为此超声波发生器需要满足以下几个要求：①输出阻碍抗性与相应的超声波系统振动系统输入阻碍抗性对应。②频率调节范围要和振动系统频率一样。③输出功率可调范围大。④结构要简单，效率高、便于操作与维修。1.2振动系统简介超声振动系统由超声换能器，变幅杆和焊头组成。如图3-5所示这三部分要分开设计，换能器的主要原理是将高频AC电流信号变成机械振动信号。根据压电效可知，在压电换能器两边接上交变电压，其两端就会产生频率相同的超声波机械振动。外加电压的固有频率和换能器固有频率相等时，换能器两端的振动幅度就会变得很大，这叫做压电谐振现象。一般的换能器，因为材料的限制，所以一般输出端口的振动幅度会不会很大，通常不超过10μm，无法达到我们的工作要求，所以一般会在换能器的前面加上变幅杆，将其位移振动幅度放大几倍，然后又因为加工不同的物品，会在前面加上一个焊头，焊头材料根据加工材料来定。3-5超声波振动系统1-后端盖2-陶瓷材料3-电极5-前端盖6-螺钉7-螺柱8-变幅杆9-螺柱10-工具头1.2.1换能器换能器的功能就是将超声波的发生器发出的超声波交流电电信号转换成机械振动信号，再传递给变幅杆其样式如图3-6所示。图3-6换能器样图（1）压电式伸缩换能器压电效应是陶瓷、石英晶体等物质在机械压缩下发生形变时在物体两端产生一定的电荷从而生成一定的电势，从而物体两端电压发生改变时也会导致物体发生形变的一种现象，压电换能器就应用了压电效应的原理。正压电效应就是当晶体表面受到一定压力时，晶体表面会产生电荷，有电场产生；同理逆压电效应就是当晶体外有电场作用时，晶片会因为电场发生形变。图3-7为正逆压电效应的原理。图3-7正逆压电效应原理图（2）磁致伸缩换能器镍、铁、合金等一些材料的长度也会因为磁场强度的变化而发生形变。铁、镍等材料的杆在交变磁场中，会发生形变，杆两端面会产生机械振动。1.2.2.变幅杆变幅杆，又叫聚能器，其样式如图3-8所示，可以跟踪和扩大振幅。变幅杆棒能扩大振幅是因为通过每截面的能量一定，所以截面小其能量就大，振幅就大。变幅杆可以选曲线形或锥形等形状。根据查找资料，可知换能器辐射表面的振动幅度在20kHz左右通常只有3μm到100微米左右，但是通常在大功率超声波加工、焊接等使用过程中，换能器表面振动幅度要达到一定要求，因此，超声变幅杆就应运而生，其作用不止是将振动幅度放大，变幅杆还能把换能器和负载之间连接起来，更好的进行匹配。图3-8变幅杆样图1.2.1.焊头焊头，也叫工具头，样式如图3-9所示是实际中应用于负载的部分，通常其材料和参数根据用途决定，也和工作频率有关。不同频率的焊接头长宽厚度等也不一样，市面上常用15kHz的和20-kHz的口罩压合焊接所用的焊头基本就是以下这几种：超声波焊接中波在杆内以纵波形式传递，杆内各点沿波的前进方向做往复正弦振动传递到工具端焊接。图3-9工具头样图影响超声波焊接的因素有：（1）振幅Um换能器输出的机械振动振幅是超声波焊接的重要影响因素，，从焊接物体材料来看，由于其物理性质不同，其随着焊接振幅不够，物体表面熔化温度达不到，可能会焊接失败，所以工件焊接效果与振幅有很大关系。焊接振动幅度通常由变幅杆的形状和材料来调整决定，除此之外，焊接方式的不同，其振幅通常也不同，一般嵌合和铆合需要的振动幅度比较大，平面焊接振幅比较小。（2）超声波焊接时间T和压合时间T1超声焊接时间就是超声波发生到结束的时间，超声焊接时间过长，会因表面温度太高，导致过焊，导致口罩边产生粘结，破坏口罩本体美观等结果；超声焊接时间过短，会使口罩表面融化不完全或者压合失败，因此根据市场上口罩焊接机的工作原理0.04s左右。压合时间是指超声焊接时间时间结束后物体表面被压合冷却凝固的时间，根据调查，压合时间设定为0.06s。（3）焊接压力P通常来说，压合焊接时间应该对物体表面有一定压力，让物体表面有更好的接触。压力过高会使物体表面破裂，焊接效果变差；压力过低，会使工件焊接质量不佳，压合不完全。因此市容气缸活塞杆加压的方式来提供焊机压力。超声波焊接影响因素主要取决这三个因素，其中T和P可以人工调