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超声波焊接机的热量是怎么样产生的

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超声波焊接机的热量是怎么产生的?

超声波焊接技术因为其经济性、可靠性、易于自动化集成的优点,是塑料焊接领域一种常用技术。与传统热源直接接触塑料产生热量的方式不同,超声波焊接是通过摩擦产生热量。

1. 振幅、频率和波长

在超声波焊接中,纵波以高频形式传递,产生低振幅的机械振动。焊接机的电能转化为往复运动的机械能。为了理解振幅、频率和波长之间的关系,以及它们与热量产生的关系,我们需要认识一下超声波焊接机的主要部件。

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如上图所示,超声波焊接机的主要部件有电源发生器、换能器、调幅器(有时也叫做变幅杆)和焊头。电源发生器将50-60Hz,电压为120V/240V的电源转换为运行在20-40Khz,电压为1300V的电源。这些能量提供给换能器,换能器利用圆盘形的压电陶瓷将电能转化为机械振动,即当高频电流通过压电陶瓷,压电陶瓷会产生应变位移。

转换器将振动传递给调幅器。调幅器将超声波的振幅放大,继续传递给焊头。焊头继续放大超声波的振幅,并与零件接触。

最终,能量传递到装配的两个零件的焊接筋位置。因为焊接筋是尖点设计,所以能量集中在尖点位置,同时在压力作用下摩擦生热。该热量是由两种摩擦产生的,一种是上下零件材料之间的表面摩擦,另一种是材料内部分子间摩擦。正是由于摩擦产生的热量,使得上下零件在焊接位置熔化并连接在一起。

2.理解加热速率

对于同一种材料来说,决定加热速率的三个因素:频率,振幅和焊接压力。对于已有设备,如15Khz,20Khz,30Khz或者40Khz的机台来说,频率是固定的。所以加热速度通常可以用焊接压力来改变。通常,压力越大,加热速率越快。另外,你也可以改变振幅,同压力一样,振幅越大,加热速率越快。

当然,过大的压力和振幅也会对焊接质量产生不利影响,例如导致材料降解、泄露、裂纹和溢料等。因此,超声波焊接需要有一个工艺参数优化的过程。参数确定后,焊接过程可以达到一个稳定的产出,且速度快,焊接强度大。这也是为什么超声波焊接广泛应用在大批量生产中的原因。

3.时间,距离,功率和能量

焊接所需的热量取决于材料类型、焊缝设计和设备规格。控制热量的传统方法是通过时间模式来焊接,即焊接一定时间,例如0.2-1s(一般小于1s)。然而,如今的超声波焊接设备,往往还可以设置并监控焊接距离、功率和能量。在经过适当培训的操作员,也可以根据实际情况和不同材料进行参数调整,从而得到一致的焊接结果。这也大大提高了焊接的灵活性和可靠性。


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