隨著超聲波塑料焊接這一新工藝的不斷發(fā)展, 對(duì)不同類(lèi)型超聲波焊接設(shè)備的需要越來(lái)越來(lái)出, 輸出功率在千瓦以下的超聲波焊接機(jī)已不能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求, 特別是對(duì)較大塑料件和可焊性比較差的材料焊接就需要提供更大功率的超聲波焊接機(jī), 為此我廠在系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上又研制成功了HB系列超聲波焊接機(jī)。下面將從分析超聲波焊接機(jī)原理，超聲波焊接機(jī)工作原理，重點(diǎn)分析超聲波焊接機(jī)電路原理。

　　該設(shè)備的主要技術(shù)性能和使用效果與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品基本相同, 為我國(guó)塑料焊接新工藝開(kāi)發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)。本設(shè)備為落地式全晶體管化大功率超聲波塑料焊接機(jī)。全部采用國(guó)產(chǎn)元器件制成,其中大功率換能器和超聲波發(fā)生器輸出匹配都采用了較新的電子技術(shù)。

二、超聲波焊接機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)

　　電器性能：工作頻率20khz,最大輸出功率：2000W，焊接時(shí)間：可調(diào), 工作方式：半自動(dòng)。機(jī)械性能：氣動(dòng)壓力：2-6kg/cm,氣缸行程：75mm，電源：220v

三、超聲焊接機(jī)工作原理

　　本設(shè)備由超聲波發(fā)生器、超聲波換能器、機(jī)械傳動(dòng)三部分組成。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)本系統(tǒng)是一種含操作臺(tái)由氣缸進(jìn)行傳動(dòng)的大型落地式裝置, 并采用條牙方法通過(guò)手輪調(diào)節(jié)焊頭的上下位置, 不設(shè)有水平調(diào)整機(jī)構(gòu)。見(jiàn)圖。圖中, 發(fā)生器一抽屜, 啟動(dòng)開(kāi)關(guān), 調(diào)平工作臺(tái)緊急制動(dòng)開(kāi)關(guān)指示燈, 工作壓力調(diào)節(jié)，工作速度調(diào)節(jié)上下移動(dòng)手輪上下移動(dòng)鎖定」氣源三聯(lián)件八門(mén)固定螺釘, 換能器換能器安裝座門(mén)。

超聲波焊接機(jī)原理——超聲波焊接機(jī)結(jié)構(gòu)圖

　　將大于的氣源送入分水濾氣器, 經(jīng)過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥使壓力表讀數(shù)為使用壓力, 一般在2-6kg/cm之間。后又經(jīng)油霧器再送入二位五通電磁換向閥, 該電磁閥的吸動(dòng)信號(hào)由發(fā)生器控制, 換向閥氣路見(jiàn)圖圖中, 氣源分水濾氣器’壓力調(diào)節(jié)閥壓力指示表多油霧器二位五通電磁閥單向節(jié)流閥, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸觸發(fā)開(kāi)關(guān)。

 超聲波焊接機(jī)原理--超聲波焊接機(jī)氣路原理示意圖

　　初始狀態(tài)應(yīng)是P、B通路, P、A斷路,使氣缸帶動(dòng)的換能器焊頭向上復(fù)位, 當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)送到發(fā)生器時(shí),P 、B由原來(lái)通路變?yōu)閿嗦? 此時(shí)P、A由原來(lái)斷路變?yōu)橥?使氣缸帶動(dòng)的換能器下降, 當(dāng)下降至設(shè)定位置時(shí)觸動(dòng)裝于機(jī)架內(nèi)的微動(dòng)開(kāi)關(guān), 以觸發(fā)超聲波發(fā)振工作, 發(fā)振及保壓時(shí)間由發(fā)生器預(yù)先設(shè)定觸發(fā)壓力10-70kg,可通過(guò)壓力調(diào)節(jié)盤(pán)預(yù)先調(diào)整控制觸發(fā)范圍, 待超聲、保壓結(jié)束后, 發(fā)生器自動(dòng)又來(lái)一信號(hào)使電磁閥釋放, 二位五通電磁閥換向, 將換能器返回原處復(fù)位, 完成一次焊接過(guò)程, 壓力盤(pán)的調(diào)節(jié)是根據(jù)不同特性的焊頭和焊接對(duì)象而設(shè)定的。.

　　　超聲波焊接機(jī)原理之電路部分結(jié)構(gòu)，超聲波發(fā)生器系統(tǒng)由功率放大電路、順序控制電路、失配保護(hù)電路等組成。互功放電路是采用八只大功率晶體管組成的二組橋式帶功率的自激振電路, 通過(guò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)將功率再合成起來(lái), 使輸出最大功率達(dá)到千瓦以上。由于振蕩電路是采用開(kāi)關(guān)模式, 所以減少了晶體管的耗散功率,以取得較高的轉(zhuǎn)換效率。它的工作過(guò)程和原理可由圖3圖4來(lái)說(shuō)明。

　　當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)經(jīng)控制電路送到偏置電路時(shí), 二組偏置分別加到功放1的、BG1,BG4，和功放2的BG5、BG8, , 然后由輸出產(chǎn)生正反饋信號(hào)通過(guò)選頻網(wǎng)絡(luò)到移相器, 經(jīng)移相后又激發(fā)功放1的BG2、BG3和功放2的BG6，BG7。由于對(duì)電路相位的正確分配, 使二組橋式功放的功率管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)建立振蕩過(guò)程, 并達(dá)到功率輸出目的, 二組功放管的輸出均為方波形式, 而經(jīng)過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)后加到換能器時(shí), 由于負(fù)載特性因素, 使換能器二端成為正弦波。該電路的振蕩頻率是由換能器和選頻網(wǎng)絡(luò)決定的, 選頻網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)不同換能器頻率進(jìn)行調(diào)整, 使網(wǎng)絡(luò)諧振頻率和換能器諧振頻率取得一致, 達(dá)到最佳匹配效果。

超聲波焊接機(jī)原理---超聲波發(fā)生器原理方框圖3

超聲波焊接機(jī)工作原理---超聲波焊接機(jī)功率放大原理方框圖4

　　超聲波焊接機(jī)原理的保護(hù)電路采用較新的相位比較法來(lái)達(dá)到失配或過(guò)載控制以保護(hù)大功率管不被損壞。保護(hù)電路的工作原理可用圖方框圖來(lái)說(shuō)明。從功放電路送來(lái)相位差為“180度” 的二個(gè)信號(hào), 其中一個(gè)信號(hào)到波形調(diào)節(jié)器, 經(jīng)波形調(diào)節(jié)后的信號(hào)與另一個(gè)功放送來(lái)的信號(hào)同時(shí)加入相位比較電路進(jìn)行比較處理, 比較后的信號(hào)輸?shù)介_(kāi)關(guān)控制電路, 當(dāng)功放送來(lái)二信號(hào)相位差為“180 ”時(shí), 說(shuō)明功放輸出負(fù)載處在正常匹配狀態(tài), 此時(shí)開(kāi)關(guān)控制電路無(wú)信號(hào)輸出, 超聲啟動(dòng)信號(hào)可以正常控制功放偏置起振工作。當(dāng)功放輸出處在失配或過(guò)載情況時(shí), ‘送來(lái)的二個(gè)信號(hào)相位差會(huì)偏離180, 只有在這種清況下, 開(kāi)關(guān)控制電路才有信號(hào)輸出, 此信號(hào)加到偏置控制電路, 切斷功放偏置電路停止功放振蕩并驅(qū)動(dòng)過(guò)載指示燈。

   超聲波焊接機(jī)工作原理---超聲波焊接機(jī)保護(hù)線路原理方框圖5

3.超聲波焊接機(jī)原理之程序控制電路是采用集成電路和分立元件組成的, 主要作用于整機(jī)焊接過(guò)程達(dá)到半自動(dòng)目的。基本過(guò)程可由圖方框圖來(lái)說(shuō)明。

超聲波焊接機(jī)程序控制線路原理方框圖6

　　　操作信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器后, 使觸發(fā)器為“ 狀態(tài), 通過(guò)電平轉(zhuǎn)換送出一個(gè)降信號(hào), 使換能器下降至焊接件端面, 當(dāng)焊件接觸到焊頭時(shí),另一個(gè)超聲觸發(fā)信號(hào)送到超聲時(shí)控電路此信號(hào)由機(jī)架微動(dòng)開(kāi)關(guān)送來(lái), 經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后控制功放偏置, 以起動(dòng)功放電路產(chǎn)生振蕩, 又將超聲受控時(shí)間結(jié)束信號(hào)送入保持時(shí)控電路, 這主要是焊頭在一信號(hào)停止后繼續(xù)保持在焊件上, 以待焊件冷卻。當(dāng)保持受控時(shí)間結(jié)束后, 信號(hào)送到觸發(fā)器, 使觸發(fā)器為“ 0”狀態(tài), 換能器回升到原處, 完成一次焊接過(guò)程。

　　超聲波焊接機(jī)換能器系統(tǒng)—換能器是由振子、聚能器、焊接頭三部分組成, 其中采用六塊壓電晶片和鋁合金及鋼組成的半波長(zhǎng)非對(duì)稱(chēng)形振子, 共振頻率為20khz。

    為了適應(yīng)各種不同焊接對(duì)象的需要, 我們采用鋁合金材料制造的有不同振幅放大比的半波長(zhǎng)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；

　　由于大功率超聲波焊接設(shè)備主要用于大型塑料件或可焊性較差材料的焊接, 因此對(duì)焊頭的設(shè)計(jì)制造, 在滿(mǎn)足半波長(zhǎng)的前提下, 振幅大小一般在焊頭設(shè)計(jì)中就應(yīng)有所考慮。但個(gè)別由于焊件形狀復(fù)雜, 焊頭設(shè)計(jì)中無(wú)法考慮振幅等, 也可通過(guò)聚能器的不同振幅比來(lái)調(diào)整, 總之當(dāng)振子、聚能器、焊頭三部分連成一體后總的特性應(yīng)符合超聲波捍接設(shè)備的要求, 即小信號(hào)測(cè)量時(shí)20khz+—0.5khz，諧振阻抗小于50歐姆；

　　在大功率發(fā)生源匹配輸出時(shí), 空氣負(fù)載情況下其功率應(yīng)是最大功率的15%以下, 就目前我廠生產(chǎn)的換能器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為最大功率的12%, 即250瓦左右, 當(dāng)焊頭在實(shí)際焊接受壓情況下, 由于動(dòng)態(tài)阻抗的變化, 功率可從250瓦至2000瓦范圍內(nèi)變化, 因發(fā)生器輸出在較理想的匹配狀態(tài)下, 所以焊接過(guò)程中輸出功率隨負(fù)載變化而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)作用, 使塑料焊接性能提高到一個(gè)新平。

     不同型號(hào)超聲波焊接機(jī)的工作原理是相同的，其機(jī)械結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是超聲波發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)，不同型號(hào)的超聲波線路結(jié)構(gòu)是不同的，其超聲波焊接機(jī)電路的原理也不完全相同。更多超聲波焊接機(jī)工作原理分析介紹，請(qǐng)咨