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nalex超聲波焊接機的原理分析

nalex超聲波焊接機的原理分析

超聲波焊接是一種加工技術，其中熱塑性樹脂立即熔化并通過精細的超聲波振動和壓力連接。
這種連接方法不僅用于焊接成型產品，還廣泛用于凸臺填縫和點焊、薄膜和無紡布密封以及金屬嵌件等廣泛領域。
但是，超聲波焊接僅適用于熱塑性塑料（加熱時熔化的樹脂），不能應用于聚氨酯和環氧樹脂等熱固性樹脂。
這里，解釋了超聲波焊接的原理。

超聲波焊接機將電能轉換為機械振動能，同時施加壓力，在兩個熱塑性部件的連接處產生強烈的摩擦熱，使樹脂熔化和粘合。
為了進一步詳細說明，50/60 Hz的電信號首先通過振蕩器（發生器）轉換為20 kHz（或35 kHz）的電信號。
此外，輸入端的電壓通常為AC200~240V，但在振蕩器內部放大到近1000V并傳輸到振蕩器。
在赫爾曼超聲波振蕩器中，電路不使用任何普通繼電器，而是使用所有固態繼電器并且是模塊化的。

振蕩器放大的 20 kHz（或 35 kHz）電信號從振蕩器傳輸到換能器，在那里轉換為機械振動能量。
將電信號轉換為機械振動能量的壓電陶瓷壓電元件在提供交流電壓時會改變其尺寸（厚度），并且變化量很小，但它們具有非常大的力。
為了使壓電元件以所用頻率波長的1/2共振，用螺栓固定了幾個壓電陶瓷，當向它們提供交流電壓時，元件膨脹和收縮。
對于赫爾曼 20 kHz 元件，輸出表面的振幅約為 16 μm （P-P）。
20 kHz 振蕩器每秒執行 20，000 次振動，振動能量通過稱為喇叭的諧振器傳輸到部件。

如果喇叭等于或大于零件的尺寸，則零件表面產生的熱量可以忽略不計，并且大部分傳遞到待焊接零件的邊界。
傳遞的振動能量在界面處產生強烈的摩擦熱，瞬間上升到樹脂的熔化溫度并被焊接。
熔體完成焊接所需的時間取決于樹脂的材料以及從喇叭到界面的距離，但在許多情況下不到一秒鐘。

在前面的解釋中，提到振動能量從振蕩器傳遞到喇叭，但實際上，通常安裝一個稱為助推器的組件，該組件在兩者之間轉換機械振幅。
這會增加或減少換能器發射的 16 μm（20 kHz 時）并將其傳輸到喇叭。
在超聲波焊接中，決定施加到零件上的能量的因素是焊接時間、壓力和振幅，通過改變振幅，可以支持廣泛的應用。
換句話說，最佳焊接的一個因素是喇叭端面的振幅設置。
作為一般規則，喇叭是根據每個部分進行處理的，因此根據它們的形狀，可能無法從一開始就獲得足夠的振幅。
因此，升壓器增加或減少從振蕩器傳輸的振幅并將其傳輸到喇叭。

例如，如果安裝了 2.0 倍升壓器，則從振蕩器傳輸的 16 μm 振幅變為 32 μm 并傳輸到喇叭。
通過從中心（節點）改變上下平方的比率來獲得助推器的幅度轉換。
與節點上方的細胞相比，放大振幅的助推器在底部具有較小的細胞，相反，降低振幅的助推器相對于上部平方具有更大的下細胞。
如果頂部和底部的比例相同，振幅不會增加或減少，而是直接傳輸到喇叭。

如果在不改變其他條件的情況下增加振幅，則焊接能量相應增加。
例如，如果在某些焊接條件下焊接的工件的粘合強度較弱，則如果將助推器更換為更高的放大倍數，而其他條件（焊接時間和施加的壓力）保持不變，則粘合強度可能會增加。
這意味著振幅越高，產生的能量越多，焊接強度就越高。
但是，在高振幅的情況下，扭矩低于低振幅的扭矩，如果壓力增加，可能會出現振動停止的“失速現象"，因此必須注意必須注意。
這種“失速現象"與突然嘗試在汽車中以高檔啟動時的失速相同。
目前的一些超聲波焊接機使用恒定振幅電路（負載調節），其中振幅值不會根據振蕩時的負載而變化，盡管失速發生的頻率比以前少，但在嘗試以高的振幅和高壓焊接時仍可能發生錯誤。
因此，在高振幅的情況下，可能需要通過在振蕩開始時降低壓力（觸發力）來以低負載開始振蕩。

喇叭通常是半波長共振器，其材料一般為鋁或鈦合金。
其中，鈦合金因其聲學和強度特性而被廣泛使用，是適合喇叭的材料。
鋁合金價格低廉，具有良好的聲學性能，但強度低于鈦，因此在高振幅設計中必須小心。
此外，由于鋁合金容易磨損，因此經常采用硬鉻鍍層來減少磨損。