振動(dòng)-振幅-頻率

　在超聲波焊接過(guò)程中，將具有確定的振幅，力和持續(xù)時(shí)間的機(jī)械振動(dòng)施加到待焊接的材料上。由于分子間和表面摩擦，產(chǎn)生熱量并使材料熔化。

　　超聲波焊接系統(tǒng)的核心是堆疊。它由壓電轉(zhuǎn)換器，增強(qiáng)器（振幅變換器）和超聲波發(fā)生器組成。堆棧隨著超聲頻率收縮和擴(kuò)展。產(chǎn)生的振動(dòng)是縱波。焊接工具的行程，即峰值位置和零位置之間的距離，被稱(chēng)為振幅-在超聲波焊接中，振幅在5和50μm之間。

根據(jù)作為材料特性的聲速和頻率計(jì)算波長(zhǎng)λ。

　　振幅的定義

　　幅度a定義為振蕩幅度的一半，即從零到峰值。

　　單位：千分尺[μm]

　　頻率的定義

　　頻率f是每單位時(shí)間的周期數(shù)

　　單位：赫茲[赫茲]

　　波長(zhǎng)的定義

　　波長(zhǎng)l（λ）是沿波的兩個(gè)相等狀態(tài)之間的距離。

　　單位：毫米[mm]

超聲波發(fā)生器運(yùn)動(dòng)的示意圖

臺(tái)州市錦亞機(jī)械制造有限公司是一家專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)塑料線性振動(dòng)摩擦焊接機(jī)，熱鉚焊接機(jī)，熱板焊接機(jī)，多頭非標(biāo)型超聲波塑料焊接機(jī)，以及非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、治具等研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造及銷(xiāo)售為一體的技術(shù)服務(wù)性實(shí)體公司。

什么是超聲波焊接？

熱塑性材料的超聲波焊接是利用機(jī)械振動(dòng)由于分子摩擦而產(chǎn)生熱量的焊接技術(shù)。這些振動(dòng)激發(fā)塑料中的分子，使它們開(kāi)始移動(dòng)。塑料變軟并開(kāi)始熔化。組分通過(guò)粘合或形狀配合接合在壓力下短暫保持時(shí)間后，它們?cè)诜肿訝顟B(tài)下牢固地結(jié)合在一起。

　　超聲波焊接技術(shù)：

　　已經(jīng)建立了超聲波連接技術(shù)作為整個(gè)塑料加工工業(yè)中的各種應(yīng)用中的技術(shù)熱塑性材料的連接方法。

　　由于：

　　高速處理

　　可重復(fù)的焊接結(jié)果

　　該技術(shù)是汽車(chē)，電氣，包裝，衛(wèi)生和過(guò)濾行業(yè)大批量生產(chǎn)的選擇。

　　如果零件材料和設(shè)計(jì)適合于超聲波工藝，則在強(qiáng)度，緊密度和視覺(jué)外觀方面特別實(shí)現(xiàn)良好的粘合質(zhì)量。這意味著從一開(kāi)始它們必須設(shè)計(jì)成使得超聲波聚焦在焊接區(qū)域中。

超聲波塑膠焊接機(jī)的組成及應(yīng)用

超聲波塑料焊接機(jī)由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。

1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

包括有：過(guò)滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。

工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸，以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng)，動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。

2、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。接下來(lái)，與其他鉚接技術(shù)不同，nanoSTAKE由溫度而非時(shí)間準(zhǔn)確控制。主要功能是：一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作，使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開(kāi)氣路閥門(mén)，氣缸加壓使焊頭下降，以一定壓力壓住被焊物件，當(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間，然后控制系統(tǒng)將氣路閥門(mén)換向，使焊頭回升復(fù)位；二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間，本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖，便能自動(dòng)地完在本次焊接全過(guò)程。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是：電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號(hào) 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作，發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間 去除超聲發(fā)射 繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間 退壓，焊頭回升 焊接結(jié)束。

3、超聲波發(fā)生器

1） 功率較大的超聲波塑料焊接機(jī)，發(fā)生器信號(hào)采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路，使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。

2） 功率在500W以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，也具有一定的頻率跟蹤能力。

4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)

1） 換能器

超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。缺點(diǎn)2：提前期將超聲波集成到您的制造過(guò)程中并不是一夜之間的過(guò)程。在以上三個(gè)組成部分中，驅(qū)動(dòng)是核心，一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器，其中半波長(zhǎng)縱向振子與四分之一的波長(zhǎng)縱向振子，半波長(zhǎng)縱向振與半波長(zhǎng)聚能器相連接組成一個(gè)全波長(zhǎng)塑料焊接換能器，而四分之一波長(zhǎng)縱向振子與四分之一波長(zhǎng)聚能器相連，組成一個(gè)半波長(zhǎng)換能器。

2） 工具頭

對(duì)不同的焊接對(duì)象需要有不同工具頭，不管是近場(chǎng)焊接還是傳輸焊接，只有半波長(zhǎng)的工具頭才能使焊接端面達(dá)到較大的振幅。

工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種，塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭，所用材料通常為鋁合金，其端面鍍硬質(zhì)合金，功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的，該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多  

影響焊接質(zhì)量的因素及控制措施

（一）操作人員因素

這一因素對(duì)焊接工作來(lái)說(shuō)就是焊工，也包括焊接設(shè)備的操作人員。這意味著更長(zhǎng)的焊接周期或必要時(shí)更強(qiáng)大的超聲波焊接裝置，后者是優(yōu)選的。各種不同的焊接方法對(duì)焊工的依賴(lài)程度不同，手工操作占支配地位的手弧焊接，焊工操作技能的水平和謹(jǐn)慎認(rèn)真的態(tài)度對(duì)焊接質(zhì)量至關(guān)重要。即使埋弧自動(dòng)焊，焊接規(guī)范的調(diào)整和施焊也離不開(kāi)人的操作。由于焊工質(zhì)量意識(shí)差、操作粗心大意，不遵守焊接工藝規(guī)程，操作技能差等都可能影響焊接質(zhì)量。控制措施可以從以下幾方面著手：

1.加強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)教育，提高責(zé)任心和一絲不茍的工作作風(fēng)，并建立質(zhì)量責(zé)任制。

2.定期進(jìn)行崗位培訓(xùn)，從理論上認(rèn)識(shí)執(zhí)行工藝規(guī)程的重要性，從實(shí)踐上提高操作技能。

3.加強(qiáng)焊接工序的自檢與專(zhuān)職檢查。

4.執(zhí)行焊工考試制度，堅(jiān)持持證上崗，建立焊工技術(shù)檔案。

（二）機(jī)器設(shè)備因素

機(jī)器設(shè)備這一因素對(duì)焊接來(lái)說(shuō)就是各種焊接設(shè)備。整個(gè)過(guò)程通常非?？?，并且與其他焊接技術(shù)相比具有一些特定的優(yōu)勢(shì)。焊接設(shè)備的性能，它的穩(wěn)定性與可靠性對(duì)焊接質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定影響，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械化、自動(dòng)化高的設(shè)備，由于對(duì)它的依賴(lài)性更高，因此要求它有更好、更穩(wěn)定的性能。在壓力容器質(zhì)量體系中，要求建立包括焊接設(shè)備在內(nèi)的各種在用設(shè)備的定期檢查制度。包括以下幾個(gè)方面：

1.定期的維護(hù)、保養(yǎng)和檢修。

2.定期校驗(yàn)焊接設(shè)備上的電流表、電壓表、氣體流量計(jì)等計(jì)量?jī)x表。

3.建立設(shè)備狀況的技術(shù)檔案。 4.建立設(shè)備使用人員責(zé)任制。

（三）材料因素

焊接使用的材料包括各種被焊材料，也包括各種焊接材料、還有與產(chǎn)品配合使用的各種外購(gòu)或外協(xié)加工的零部件。通過(guò)使用超高頻聲波，塑料通過(guò)摩擦被局部加熱，并且變形以滿(mǎn)足規(guī)格。焊接生產(chǎn)中使用這些材料的質(zhì)量是保證焊接產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提。從質(zhì)量管理的觀點(diǎn)出發(fā)，為了保證焊接質(zhì)量，從生產(chǎn)過(guò)程的起始階段，即投料之前就要把好材料關(guān)。主要有以下一些控制措施：

1.加強(qiáng)原材料的進(jìn)廠驗(yàn)收和檢驗(yàn)。

2.建立嚴(yán)格的材料管理制度。

3.實(shí)行材料標(biāo)記移植制度，以達(dá)到材料的追溯性。

4.擇優(yōu)選擇信譽(yù)、質(zhì)量好而且穩(wěn)定的供應(yīng)廠和協(xié)作廠進(jìn)行訂貨和加工。

（四）工藝方法因素

焊接質(zhì)量對(duì)工藝方法的依賴(lài)性較強(qiáng)，在影響工序質(zhì)量的各因素中占有更重要的地位。其影響主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：一方面是工藝制訂的合理性；另一方面是執(zhí)行工藝的嚴(yán)肅性。

某一產(chǎn)品或某種材料的焊接工藝的制定，首先要進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，然后根據(jù)評(píng)定合格的工藝評(píng)定報(bào)告和圖樣技術(shù)要求制訂焊接工藝規(guī)程、編制焊接工藝說(shuō)明書(shū)或焊接工藝卡。這些以書(shū)面形式表達(dá)的各種工藝參數(shù)是指導(dǎo)施焊時(shí)的依據(jù)，它是模擬生產(chǎn)條件所作的試驗(yàn)和長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)以及產(chǎn)品的具體技術(shù)要求而編制出來(lái)的，是保證焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)。松動(dòng)的螺柱或接頭會(huì)導(dǎo)致過(guò)載或間歇性操作，而過(guò)度擰緊會(huì)導(dǎo)致材料變形，從而縮短部件的使用壽命。在此基礎(chǔ)上需要保證的另一方面是貫徹執(zhí)行焊接工藝的嚴(yán)肅性。在沒(méi)有充分根據(jù)的情況下不得隨意變更工藝參數(shù)，即使確需改變，也必須履行一定程序和手續(xù)。不正確的焊接工藝固然不能保證焊接質(zhì)量，即使有經(jīng)評(píng)定驗(yàn)證是正確合理的工藝規(guī)程，不嚴(yán)格執(zhí)行，同樣也不能得到合格的質(zhì)量。兩者相輔相成，相互依賴(lài)，不能忽視或偏廢任何一個(gè)方面。其主要控制措施有：

1.按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

2.選擇有經(jīng)驗(yàn)的焊接技術(shù)人員編制所需的工藝文件。

3.加強(qiáng)施焊過(guò)程中的管理與檢查。

4.按要求制作焊接產(chǎn)品試板以檢驗(yàn)工藝方法的正確性與合理性。

（五）環(huán)境因素

在特定環(huán)境下，焊接質(zhì)量對(duì)環(huán)境的依賴(lài)性也是很大的。通常，當(dāng)加熱板在高溫下運(yùn)行并涂有高溫不粘涂層時(shí)，材料會(huì)迅速燃燒，不會(huì)造成任何問(wèn)題。因?yàn)楹附硬僮鞒３Ｔ谑彝饴短爝M(jìn)行，必然受到外界自然條件，如溫度、濕度、風(fēng)力及雨雪天氣的影響，在其它因素一定的情況下，有可能單純因環(huán)境因素造成焊接質(zhì)量問(wèn)題。環(huán)境因素的控制措施比較簡(jiǎn)單，當(dāng)環(huán)境條件不符合規(guī)定要求時(shí)，如風(fēng)力較大或雨雪天氣可暫時(shí)停止焊接工作或采取有效防護(hù)措施后再進(jìn)行焊接，過(guò)低的氣溫可對(duì)工件適當(dāng)預(yù)熱等。

以上五個(gè)大的方面還可以做許多細(xì)分，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并記錄下來(lái)以備之后查用。

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