超聲波焊接機(jī)工作原理

超聲波焊接機(jī)工作原理，超聲波焊接機(jī)電路原理分析　

　　隨著超聲波塑料焊接這一新工藝的不斷發(fā)展, 對不同類型超聲波焊接設(shè)備的需要越來越來出, 輸出功率在千瓦以下的超聲波焊接機(jī)已不能滿足用戶的要求, 特別是對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外同類產(chǎn)品基本相同, 為我國塑料焊接新工藝開發(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，焊接時間：可調(diào), 工作方式：半自動。機(jī)械性能：氣動壓力：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)械傳動三部分組成。機(jī)械傳動系統(tǒng)本系統(tǒng)是一種含操作臺由氣缸進(jìn)行傳動的大型落地式裝置, 并采用條牙方法通過手輪調(diào)節(jié)焊頭的上下位置, 不設(shè)有水平調(diào)整機(jī)構(gòu)。見圖。圖中, 發(fā)生器一抽屜, 啟動開關(guān), 調(diào)平工作臺緊急制動開關(guān)指示燈, 工作壓力調(diào)節(jié)，工作速度調(diào)節(jié)上下移動手輪上下移動鎖定」氣源三聯(lián)件八門固定螺釘, 換能器換能器安裝座門。

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, 該電磁閥的吸動信號由發(fā)生器控制, 換向閥氣路見圖圖中, 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,使氣缸帶動的換能器焊頭向上復(fù)位, 當(dāng)啟動開關(guān)信號送到發(fā)生器時,P 、B由原來通路變?yōu)閿嗦? 此時P、A由原來斷路變?yōu)橥?使氣缸帶動的換能器下降, 當(dāng)下降至設(shè)定位置時觸動裝于機(jī)架內(nèi)的微動開關(guān), 以觸發(fā)超聲波發(fā)振工作, 發(fā)振及保壓時間由發(fā)生器預(yù)先設(shè)定觸發(fā)壓力10-70kg,可通過壓力調(diào)節(jié)盤預(yù)先調(diào)整控制觸發(fā)范圍, 待超聲、保壓結(jié)束后, 發(fā)生器自動又來一信號使電磁閥釋放, 二位五通電磁閥換向, 將換能器返回原處復(fù)位, 完成一次焊接過程, 壓力盤的調(diào)節(jié)是根據(jù)不同特性的焊頭和焊接對象而設(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, 通過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)將功率再合成起來, 使輸出最大功率達(dá)到千瓦以上。由于振蕩電路是采用開關(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。它的工作過程和原理可由圖3圖4來說明。

　　當(dāng)啟動信號經(jīng)控制電路送到偏置電路時, 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)生正反饋信號通過選頻網(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。由于對電路相位的正確分配, 使二組橋式功放的功率管處于開關(guān)狀態(tài)來建立振蕩過程, 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)過匹配網(wǎng)絡(luò)后加到換能器時, 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---全橋功率振蕩器

　　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達(dá)到失配或過載控制以保護(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說明。從功放電路送來相位差為“180度” 的二個信號, 其中一個信號到波形調(diào)節(jié)器, 經(jīng)波形調(diào)節(jié)后的信號與另一個功放送來的信號同時加入相位比較電路進(jìn)行比較處理, 比較后的信號輸?shù)介_關(guān)控制電路, 當(dāng)功放送來二信號相位差為“180 ”時, 說明功放輸出負(fù)載處在正常匹配狀態(tài), 此時開關(guān)控制電路無信號輸出, 超聲啟動信號可以正?？刂乒Ψ牌闷鹫窆?/span>作。當(dāng)功放輸出處在失配或過載情況時, ‘送來的二個信號相位差會偏離180, 只有在這種清況下, 開關(guān)控制電路才有信號輸出, 此信號加到偏置控制電路, 切斷功放偏置電路停止功放振蕩并驅(qū)動過載指示燈。

    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)焊接過程達(dá)到半自動目的。基本過程可由圖方框圖來說明。

超聲波焊接機(jī)程序控制線路原理方框圖6

　　　操作信號經(jīng)觸發(fā)器后, 使觸發(fā)器為“ 狀態(tài), 通過電平轉(zhuǎn)換送出一個降信號, 使換能器下降至焊接件端面, 當(dāng)焊件接觸到焊頭時,另一個超聲觸發(fā)信號送到超聲時控電路此信號由機(jī)架微動開關(guān)送來, 經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后控制功放偏置, 以起動功放電路產(chǎn)生振蕩, 又將超聲受控時間結(jié)束信號送入保持時控電路, 這主要是焊頭在一信號停止后繼續(xù)保持在焊件上, 以待焊件冷卻。當(dāng)保持受控時間結(jié)束后, 信號送到觸發(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非對稱形振子, 共振頻率為20khz。

     為了適應(yīng)各種不同焊接對象的需要, 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, 因此對焊頭的設(shè)計制造, 在滿足半波長的前提下, 振幅大小一般在焊頭設(shè)計中就應(yīng)有所考慮。但個別由于焊件形狀復(fù)雜, 焊頭設(shè)計中無法考慮振幅等, 也可通過聚能器的不同振幅比來調(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, 即小信號測量時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, 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)的換能器實測數(shù)據(jù)為最大功率的12%, 即250瓦左右, 當(dāng)焊頭在實際焊接受壓情況下, 由于動態(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, 所以焊接過程中輸出功率隨負(fù)載變化而達(dá)到自動調(diào)節(jié)作用, 使塑料焊接性能提高到一個新平。

      不同型號超聲波焊接機(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，請咨詢　13510929282李工。