超聲焊接機原理,超聲波焊接機工作原理分析
分類： 新聞中心 發布時(shi)間：19-01-08 瀏覽量：3287
隨(sui)著超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)塑(su)料(liao)焊(han)接(jie)這一新(xin)工(gong)藝的(de)(de)(de)不斷發展，對不同類型(xing)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)設備(bei)的(de)(de)(de)需要越(yue)來(lai)(lai)越(yue)來(lai)(lai)出(chu)大(da)，輸(shu)出(chu)功率在千瓦以下的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)已不能(neng)滿足(zu)用戶的(de)(de)(de)要求，特(te)別是(shi)對較大(da)塑(su)料(liao)件和(he)可焊(han)性比(bi)較差的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)焊(han)接(jie)就需要提(ti)供更大(da)功率的(de)(de)(de)超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)，為此我廠(chang)在系(xi)(xi)列產品的(de)(de)(de)基礎上(shang)又研制成功了系(xi)(xi)列超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)。下面將從分析超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)原理，超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)工(gong)作原理，重點分析超(chao)(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)(bo)(bo)(bo)(bo)焊(han)接(jie)機(ji)(ji)電路原理。
該設備的(de)主要(yao)技術(shu)性能和使用效果與國外同(tong)類產品(pin)基本相同(tong), 為我國塑料焊接新工藝開發提供(gong)了良好的基礎。本設(she)備為落(luo)地式全(quan)晶體(ti)管化大功率超聲(sheng)波塑料焊接機。全(quan)部采用國產元(yuan)器件(jian)制(zhi)成,其中大功(gong)率換能器和超聲(sheng)波發(fa)生器輸出(chu)匹配都采用了較新的電子技術(shu)。
超聲波焊(han)接機(ji)主(zhu)要技(ji)術性能指標
電器性能：工作頻率20khz,最(zui)大輸出功率(lv)：2000W，焊接時間(jian)：可調, 工作(zuo)方式：半自動。機械性能：氣動壓力：2-6kg/cm,氣(qi)缸(gang)行程：75mm，電源：220v
超聲焊接機工作原理
本設備(bei)由超聲波發(fa)生器、超聲波換能器、機械傳(chuan)動三(san)部分(fen)組成。機械傳(chuan)動系統本系統是一種(zhong)含操作臺由氣(qi)缸進行傳(chuan)動的大(da)型(xing)落(luo)地式裝置, 并采用條(tiao)牙方法通過手輪調節焊頭的(de)上(shang)下位(wei)置, 不設有水(shui)平調整機構。見(jian)圖(tu)。圖(tu)中(zhong), 發生器一抽屜, 啟動開關, 調平工作臺緊急(ji)制動開(kai)關指(zhi)示燈, 工(gong)(gong)作(zuo)壓力調(diao)節(jie)，工(gong)(gong)作(zuo)速度(du)調(diao)節(jie)上(shang)下移動手(shou)輪上(shang)下移動鎖(suo)定」氣(qi)源三(san)聯件(jian)八門固定螺釘(ding), 換能器換能器安(an)裝(zhuang)座門(men)。
將大于的氣源送入分水濾氣器, 經過壓力(li)(li)調節閥(fa)使壓力(li)(li)表(biao)讀數為使用壓力(li)(li), 一般在2-6kg/cm之間。后(hou)又經油霧器再送入二位五通電磁換向閥, 該電磁閥的吸動信號由發(fa)生(sheng)器控制, 換向閥氣路見圖圖中, 氣(qi)源分水濾(lv)氣(qi)器’壓力調節(jie)閥壓力指示表多油霧器二(er)位五通電磁閥單向節(jie)流閥, 執行(xing)機構氣缸觸發開(kai)關。
初始狀(zhuang)態應是P、B通路, P、A斷路,使氣(qi)缸帶動的換能(neng)器焊頭向上復(fu)位, 當啟(qi)動(dong)開(kai)關信號(hao)送到發生器時,P 、B由原(yuan)來(lai)通(tong)路變為斷(duan)路, 此時P、A由原(yuan)來(lai)斷路變為(wei)通路,使(shi)氣缸帶動的換(huan)能器下(xia)降(jiang), 當(dang)下降至設(she)定位置時觸動(dong)(dong)裝于機(ji)架內的微動(dong)(dong)開(kai)關, 以(yi)觸發(fa)超(chao)聲(sheng)波發(fa)振工作, 發(fa)(fa)振及保壓(ya)時間(jian)由發(fa)(fa)生器(qi)預先設(she)定(ding)觸發(fa)(fa)壓(ya)力10-70kg,可通過(guo)壓(ya)力調(diao)節(jie)盤預先(xian)調(diao)整控制觸發范圍(wei), 待超聲(sheng)、保(bao)壓結(jie)束(shu)后, 發生器(qi)自動又來一(yi)信(xin)號(hao)使電磁(ci)閥釋放, 二位五(wu)通電磁閥換向, 將(jiang)換能(neng)器(qi)返(fan)回原處復位, 完成一次焊接過程, 壓力(li)盤的調節是根據不同特性的焊(han)頭和焊(han)接對象而設定(ding)的。.
超聲波焊接機原理之電(dian)路(lu)部分結構，超聲波發(fa)生器系(xi)統由功(gong)(gong)率(lv)放(fang)大電(dian)路(lu)、順(shun)序控制電(dian)路(lu)、失配(pei)保護電(dian)路(lu)等組(zu)成。互功(gong)(gong)放(fang)電(dian)路(lu)是采(cai)用八只大功(gong)(gong)率(lv)晶體管(guan)組(zu)成的二組(zu)橋式帶功(gong)(gong)率(lv)的自激振電(dian)路(lu), 通(tong)過輸出匹配網絡(luo)將功率(lv)再合成起來, 使輸出最大功(gong)率達到千(qian)瓦以上。由于振蕩電路是(shi)采用開關(guan)模式, 所以(yi)減少了(le)晶(jing)體管(guan)的耗散功率,以取得較高的(de)轉換效(xiao)率。它的(de)工(gong)作過程和原理可由(you)圖3圖4來說明。
當啟動信(xin)號(hao)經控(kong)制(zhi)電路送到偏置電路時(shi), 二組偏置分(fen)別(bie)加(jia)到功放(fang)1的、BG1,BG4，和(he)功(gong)放2的BG5、BG8, , 然后(hou)由輸出產生正反饋信號通(tong)過選頻(pin)網絡到移相器, 經移相后又(you)激發功放1的BG2、BG3和功(gong)放2的BG6，BG7。由于對電(dian)路(lu)相位的正確分配, 使二組(zu)橋式功(gong)放的功(gong)率管處于開關狀態(tai)來建立(li)振蕩過程, 并達到功(gong)率輸出(chu)目的(de), 二組(zu)功放管的(de)輸出(chu)均為方波形式(shi), 而經過匹配(pei)網絡后加(jia)到(dao)換能器時, 由于負(fu)載(zai)特性因素, 使換能器二端成為正弦波。該電路的振(zhen)蕩頻(pin)率是由換能器和(he)選頻(pin)網絡決定的, 選頻(pin)網(wang)絡可(ke)根據不同換能(neng)器頻(pin)率進行調整, 使網(wang)絡(luo)諧振(zhen)頻率(lv)和換能(neng)器諧振(zhen)頻率(lv)取得一致(zhi), 達到最佳(jia)匹配效果。
超(chao)聲波(bo)焊接機原(yuan)理的(de)保護(hu)電路采用(yong)較新的(de)相位(wei)比(bi)較法來達到失(shi)配或過載控制以(yi)保護(hu)大功率管(guan)不(bu)被(bei)損壞。保護(hu)電路的(de)工作原(yuan)理可用(yong)圖(tu)方框圖(tu)來說明。從功放電路送來相位(wei)差為(wei)“180度(du)” 的二(er)個(ge)信(xin)號(hao), 其中一(yi)個(ge)信號到波(bo)形調節器, 經波形(xing)調節(jie)后的信號與另(ling)一(yi)個功放送來的信號同(tong)時(shi)加入相(xiang)位比(bi)(bi)較電路(lu)進行(xing)比(bi)(bi)較處理, 比較后的信號輸到開關控制電路, 當功放送來二信號相位差(cha)為“180 ”時(shi), 說(shuo)明功放輸(shu)出負載處在正常匹配狀態(tai), 此時(shi)開關控(kong)制電(dian)路無信號輸出(chu), 超聲啟動信號可以(yi)正常控制(zhi)功放(fang)偏置起(qi)振(zhen)工作。當(dang)功放(fang)輸(shu)出處在失配或(huo)過載(zai)情(qing)況(kuang)時(shi), ‘送來的二個信號相位(wei)差(cha)會偏離180, 只有(you)在這種清況下, 開(kai)關控制電路才有信號(hao)輸出(chu), 此(ci)信號加(jia)到(dao)偏置控制電路(lu), 切斷功放偏(pian)置電路停止(zhi)功放振蕩并驅(qu)動過載指示燈。
超聲波焊接機原理之程序控制電(dian)路是(shi)采(cai)用(yong)集成電(dian)路和分立元件組成的, 主要作(zuo)用于(yu)整機焊(han)接過(guo)程(cheng)達(da)到半自動目的。基本過(guo)程(cheng)可(ke)由圖方(fang)框圖來說明。
操作信號經觸發器(qi)后(hou), 使(shi)觸發(fa)器為(wei)“ 狀(zhuang)態, 通過電平轉換送出一個(ge)降信號, 使(shi)換能器下降(jiang)至焊(han)接件端面, 當焊(han)件接觸到焊(han)頭(tou)時,另一(yi)個超聲(sheng)觸發信號送到(dao)超聲(sheng)時控電路此信號由機架微(wei)動開關送來, 經電平轉換后控制(zhi)功放偏置, 以起動(dong)功放電路產(chan)生(sheng)振(zhen)蕩, 又將超聲受控時間結束信號送入保(bao)持時控電路, 這主要是焊頭在一(yi)信號停(ting)止后繼續保持在焊件(jian)上, 以待焊件(jian)冷卻。當保持受控時間結束后, 信(xin)號送(song)到觸發(fa)器, 使(shi)觸(chu)發器為“ 0”狀(zhuang)態, 換能器(qi)回升到原處, 完成一(yi)次焊接過程。
超聲波焊接機換(huan)能器系統—換能器是由振子、聚能器、焊接頭三部分組成, 其中采用六塊(kuai)壓電晶片(pian)和鋁(lv)合金及鋼組成的半波長非對稱形振子, 共(gong)振頻(pin)率(lv)為20khz。
為了適(shi)應各種(zhong)不同焊接對象的需(xu)要, 我(wo)們采(cai)用鋁(lv)合金材料制(zhi)造的(de)有不同振幅放大比的(de)半波(bo)長(chang)聚能器, 其中有, 1:2.5,1:2.0，1:1.5，1:1.0，1:0.9,1:0.6等；
由于大(da)功率超(chao)聲(sheng)波焊接(jie)設(she)備主要(yao)用于大(da)型塑料件或可(ke)焊性較差(cha)材料的焊接(jie), 因此(ci)對焊頭的設計(ji)制(zhi)造(zao), 在滿足半波(bo)長的前提下, 振幅大小一般在焊(han)頭設計(ji)中就應有(you)所(suo)考(kao)慮。但個別由于焊(han)件形狀(zhuang)復雜, 焊頭設計(ji)中無法考慮振(zhen)幅(fu)等(deng), 也(ye)可通過(guo)聚能器的不同振幅比(bi)來調(diao)整(zheng), 總(zong)之當振子、聚能器(qi)、焊(han)頭三(san)部分連(lian)成(cheng)一體后(hou)總(zong)的特性應符(fu)合超聲波捍接設(she)備的要求, 即(ji)小信(xin)號測量時20khz+—0.5khz，諧振(zhen)阻抗小于50歐姆；
在大功率發生(sheng)源匹配輸出時(shi), 空(kong)氣負載情況(kuang)下其功率(lv)應(ying)是最(zui)大功率(lv)的15%以下, 就目前我廠生產的換能器實(shi)測數據(ju)為最大功率的12%, 即250瓦左右(you), 當焊(han)頭(tou)在實(shi)際焊(han)接(jie)受壓情況下(xia), 由于動態阻抗(kang)的(de)變化, 功率可從250瓦至2000瓦范(fan)圍(wei)內變化, 因發生器輸出在較(jiao)理(li)想的(de)匹配狀態下, 所以(yi)焊接(jie)過(guo)程中輸出功率隨負載變化(hua)而達(da)到(dao)自動調節作用, 使塑料(liao)焊接(jie)性能提高(gao)到一個新(xin)平。
不同(tong)型號超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)焊接(jie)機(ji)的工(gong)作原理是相同(tong)的，其(qi)機(ji)械結(jie)構基本相同(tong)，不同(tong)的是超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)發生(sheng)器的電(dian)路(lu)結(jie)構，不同(tong)型號的超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)線路(lu)結(jie)構是不同(tong)的，其(qi)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)(bo)焊接(jie)機(ji)電(dian)路(lu)的原理也不完全(quan)相同(tong)。
