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淺談一下超聲波焊接機是如何產(chǎn)生熱量的？
閱讀：422 發(fā)布時間：2022-10-9
?超聲波焊接技術(shù)因為其經(jīng)濟性、可靠性、易于自動化集成的優(yōu)點，是塑料焊接領域一種常用技術(shù)。與傳統(tǒng)熱源直接接觸塑料產(chǎn)生熱量的方式不同，超聲波焊接是通過摩擦產(chǎn)生熱量。那么，淺談一下超聲波焊接機是如何產(chǎn)生熱量的？
在超聲波焊接中，縱波以高頻形式傳遞，產(chǎn)生低振幅的機械振動。焊接機的電能轉(zhuǎn)化為往復運動的機械能。為了理解振幅、頻率和波長之間的關系，以及它們與熱量產(chǎn)生的關系，我們需要認識一下超聲波焊接機的主要部件。
超聲波焊接機的主要部件有電源發(fā)生器、換能器、調(diào)幅器（有時也叫做變幅桿）和焊頭。電源發(fā)生器將50-60Hz，電壓為120V/240V的電源轉(zhuǎn)換為運行在20-40Khz，電壓為1300V的電源。這些能量提供給換能器，換能器利用圓盤形的壓電陶瓷將電能轉(zhuǎn)化為機械振動，即當高頻電流通過壓電陶瓷，壓電陶瓷會產(chǎn)生應變位移。
轉(zhuǎn)換器將振動傳遞給調(diào)幅器。調(diào)幅器將超聲波的振幅放大，繼續(xù)傳遞給焊頭。焊頭繼續(xù)放大超聲波的振幅，并與零件接觸。
最終，能量傳遞到裝配的兩個零件的焊接筋位置。因為焊接筋是尖點設計，所以能量集中在尖點位置，同時在壓力作用下摩擦生熱。該熱量是由兩種摩擦產(chǎn)生的，一種是上下零件材料之間的表面摩擦，另一種是材料內(nèi)部分子間摩擦。正是由于摩擦產(chǎn)生的熱量，使得上下零件在焊接位置熔化并連接在一起。
2、理解加熱速率
對于同一種材料來說，決定加熱速率的三個因素：頻率，振幅和焊接壓力。對于已有設備，如15Khz，20Khz，30Khz或者40Khz的機臺來說，頻率是固定的。所以加熱速度通常可以用焊接壓力來改變。通常，壓力越大，加熱速率越快。另外，你也可以改變振幅，同壓力一樣，振幅越大，加熱速率越快。
當然，過大的壓力和振幅也會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，例如導致材料降解、泄露、裂紋和溢料等。因此，超聲波焊接需要有一個工藝參數(shù)優(yōu)化的過程。參數(shù)確定后，焊接過程可以達到一個穩(wěn)定的產(chǎn)出，且速度快，焊接強度大。這也是為什么超聲波焊接廣泛應用在大批量生產(chǎn)中的原因。
3、時間，距離，功率和能量
焊接所需的熱量取決于材料類型、焊縫設計和設備規(guī)格。控制熱量的傳統(tǒng)方法是通過時間模式來焊接，即焊接一定時間，例如0.2-1s（一般小于1s）。然而，如今的超聲波焊接設備，往往還可以設置并監(jiān)控焊接距離、功率和能量。在經(jīng)過適當培訓的操作員，也可以根據(jù)實際情況和不同材料進行參數(shù)調(diào)整，從而得到一致的焊接結(jié)果。這也大大提高了焊接的靈活性和可靠性。
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1、振幅、頻率和波長在超聲波焊接中，縱波以高頻形式傳遞，產(chǎn)生低振幅的機械振動。焊接機的電能轉(zhuǎn)化為往復運動的機械能。為了理解振幅、頻率和波長之間的關系，以及它們與熱量產(chǎn)生的關系，我們需要認識一下超聲波焊接機的主要部件。
超聲波焊接機的主要部件有電源發(fā)生器、換能器、調(diào)幅器（有時也叫做變幅桿）和焊頭。電源發(fā)生器將50-60Hz，電壓為120V/240V的電源轉(zhuǎn)換為運行在20-40Khz，電壓為1300V的電源。這些能量提供給換能器，換能器利用圓盤形的壓電陶瓷將電能轉(zhuǎn)化為機械振動，即當高頻電流通過壓電陶瓷，壓電陶瓷會產(chǎn)生應變位移。
轉(zhuǎn)換器將振動傳遞給調(diào)幅器。調(diào)幅器將超聲波的振幅放大，繼續(xù)傳遞給焊頭。焊頭繼續(xù)放大超聲波的振幅，并與零件接觸。
最終，能量傳遞到裝配的兩個零件的焊接筋位置。因為焊接筋是尖點設計，所以能量集中在尖點位置，同時在壓力作用下摩擦生熱。該熱量是由兩種摩擦產(chǎn)生的，一種是上下零件材料之間的表面摩擦，另一種是材料內(nèi)部分子間摩擦。正是由于摩擦產(chǎn)生的熱量，使得上下零件在焊接位置熔化并連接在一起。
2、理解加熱速率
對于同一種材料來說，決定加熱速率的三個因素：頻率，振幅和焊接壓力。對于已有設備，如15Khz，20Khz，30Khz或者40Khz的機臺來說，頻率是固定的。所以加熱速度通常可以用焊接壓力來改變。通常，壓力越大，加熱速率越快。另外，你也可以改變振幅，同壓力一樣，振幅越大，加熱速率越快。
當然，過大的壓力和振幅也會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，例如導致材料降解、泄露、裂紋和溢料等。因此，超聲波焊接需要有一個工藝參數(shù)優(yōu)化的過程。參數(shù)確定后，焊接過程可以達到一個穩(wěn)定的產(chǎn)出，且速度快，焊接強度大。這也是為什么超聲波焊接廣泛應用在大批量生產(chǎn)中的原因。
3、時間，距離，功率和能量
焊接所需的熱量取決于材料類型、焊縫設計和設備規(guī)格。控制熱量的傳統(tǒng)方法是通過時間模式來焊接，即焊接一定時間，例如0.2-1s（一般小于1s）。然而，如今的超聲波焊接設備，往往還可以設置并監(jiān)控焊接距離、功率和能量。在經(jīng)過適當培訓的操作員，也可以根據(jù)實際情況和不同材料進行參數(shù)調(diào)整，從而得到一致的焊接結(jié)果。這也大大提高了焊接的靈活性和可靠性。