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超声波焊接机是如何产生热量的?

2021-09-30 15:53
超声波焊接技术具有经济、可靠、易于自动化集成等优点,是塑料焊接领域的常用技术。与传统热源直接接触塑料产生热量不同,超声波焊接通过摩擦产生热量。
 
振幅,频率和波长
 
在超声波焊接中,纵波以高频形式传播,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。为了了解振幅、频率和波长之间的关系,以及它们与发热的关系,我们需要了解超声波焊接机的主要部件。
 
超声波焊接机的主要部件是功率发生器、换能器、调幅器(有时称为喇叭)和焊接头。电源发生器将电压为120V/240V的50-60Hz电源转换为电压为1300V、运行频率为20-40Khz的电源。这种能量被提供给换能器,换能器利用圆盘状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时,压电陶瓷会产生应变位移。
 
变换器将振动传递给调幅器。调幅器放大超声波的振幅,并继续将其传送到焊接头。焊接头继续放大超声波的振幅,并与零件接触。
 
能量转移到装配的两个部分的焊接肋位置。由于焊接肋设计有尖点,能量集中在尖点,摩擦在压力下产生热量。这种热量是由两种摩擦产生的,一种是材料上下部分之间的表面摩擦,另一种是材料内部的分子间摩擦。正是摩擦产生的热量使上下部分在焊接位置熔化并连接在一起。
 
了解加热速率
 
对于相同的材料,有三个因素决定了升温速率:频率、振幅和焊接压力。对于现有的设备,如15Khz、20Khz、30Khz或40Khz的机器,频率是固定的。因此,加热速率通常可以通过焊接压力来改变。一般来说,压力越高,升温速度越快。此外,还可以改变振幅,随着压力的变化,振幅越大,升温速率越快。
 
当然,过大的压力和振幅也会对焊接质量产生不利影响,如材料退化、泄漏、裂纹和闪光等。因此,超声波焊接需要一个优化工艺参数的过程。参数确定后,焊接工艺可达到稳定输出,焊接速度快,焊接强度高。这就是超声波焊接在批量生产中得到广泛应用的原因。
 
时间,距离,力量和能量
 
焊接所需的热量取决于材料类型、焊接设计和设备规格。传统的控制热的方法是通过时间模式焊接,即焊接一定的时间,如0.2-1s(一般小于1s)。然而,如今的超声波焊接设备往往可以设置和监控焊接距离、功率和能量。经过适当培训的操作人员也可以根据实际情况和不同的材料调整参数,以获得一致的焊接结果。这也大大提高了焊接的灵活性和可靠性。