超聲波塑料焊接機(jī)操作規(guī)程

超聲波塑料焊接機(jī)基本原理

　　熱可塑性塑料的超聲波加工，是利用工件接觸面間高頻的磨擦使分子間急速產(chǎn)生熱量，當(dāng)此熱量足夠熔化工作時(shí)，停止超聲波振動(dòng)，此時(shí)工作接面由熔融面固化，完成加工程序。

通常用于塑料加工的頻率有28KHz、20KHz和15KHz，其中28KHz和20KHz在人耳聽(tīng)覺(jué)范圍之外，故稱為超聲波，但15KHz仍在耳聽(tīng)覺(jué)范圍之內(nèi)。

                                                                                （兩個(gè)圖編號(hào)不同，請(qǐng)對(duì)比識(shí)別閱讀）

本機(jī)產(chǎn)品規(guī)格及參數(shù)：

頻率：15KHZ   功率：2600W   功率可調(diào)     焊頭行程：75MM

超聲波焊接機(jī)結(jié)構(gòu)

　　本機(jī)器由超聲波發(fā)生器、超聲換能系統(tǒng)、程序控制及氣動(dòng)機(jī)架系統(tǒng)幾部分組成

A：組件名稱

（1）升降速度               （2）焊接時(shí)間               （3）保壓時(shí)間       

（4）氣壓表                  （5）調(diào)壓器                 （6）超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)

（7）焊頭升降開(kāi)關(guān)           （8）延遲時(shí)間               （9）分水器

（10）機(jī)體固定把手         （11）升降手輪              （12）換能器固定座

（13）換能器固定螺絲       （14）變幅桿                （15）焊頭

（16）觸發(fā)開(kāi)關(guān)             （17）急停開(kāi)關(guān)              （18）限位螺栓

（20）電源開(kāi)關(guān)             （21）過(guò)載指示燈            （22）超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)

（23）負(fù)載電流表           （24）調(diào)頻電感              （25）散熱風(fēng)口

（26）控制插座             （27）超聲輸出插座          （28）保險(xiǎn)絲座

（29）電源線入口           （30）功率調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)

B：組件名稱及功能

（1）      下降速度：調(diào)節(jié)此旋鈕可調(diào)節(jié)焊頭下的速度，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)減速、反之加速。

（2）      焊接時(shí)間：此旋鈕為一波段開(kāi)關(guān)，實(shí)為一可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)超聲波焊接的時(shí)間。

（3）      保壓時(shí)間：此旋鈕同焊接時(shí)間旋鈕相同，用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射完后，塑料件固化的時(shí)間。

（4）      氣壓表：指示工作氣壓。

（5）      調(diào)壓器：用于調(diào)節(jié)工作氣壓，將旋鈕拔出即可調(diào)節(jié)，調(diào)好后再壓入即可。

（6）      超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)：輕觸開(kāi)關(guān)，即可發(fā)送超聲波，一般用于檢測(cè)超聲波是否正常。

（7）      焊頭升降開(kāi)關(guān)：主要用于校對(duì)模具，該開(kāi)關(guān)為自鎖開(kāi)關(guān)，按下后需重按復(fù)原。

（8）      延遲時(shí)間：表示從觸發(fā)開(kāi)始到超聲波發(fā)出之間的延時(shí)時(shí)間；

（9）      分水器：用于分離壓縮空氣中的水分，請(qǐng)?jiān)诜e水半滿時(shí)將杯底針向上壓，以排出積水。

（10）   機(jī)體固定把手：用于固定上部機(jī)架。

（11）   升降手輪：將（10）松開(kāi)后即可調(diào)整機(jī)架高低。

（12）   換能器固定座：用于固定換能器系統(tǒng)。

（13）   換能器固定螺絲：

（14）   變幅桿：又叫增幅器，用于放大換能器輸出振幅。

（15）   焊頭：又叫焊模，將超聲波能量傳至工件。通常為諧振頻的半波長(zhǎng)，材料多為鈦合金或鋁合金，鋁合金焊頭易在工作物上留下氧化物，可以電鍍或使用防熱塑料膜來(lái)防止。

*注意*焊頭不可以任意修改，否則會(huì)改變其諧振頻率及機(jī)械強(qiáng)度，容易導(dǎo)致?lián)Q能器或電器零件損壞。

（16）   觸發(fā)開(kāi)關(guān)：兩邊開(kāi)關(guān)同時(shí)觸發(fā)，可實(shí)現(xiàn)正常程序。

（17）   急停開(kāi)關(guān)：該開(kāi)關(guān)為自鎖開(kāi)關(guān)，一經(jīng)觸發(fā)，則焊頭不能下降。如觸發(fā)后應(yīng)旋鈕復(fù)位，便于程序運(yùn)作。

（18）   限位螺栓：調(diào)節(jié)螺栓上螺母位置，可限制焊頭下降的高度，控制塑料件熔接深度。

（20）電源開(kāi)關(guān)：打開(kāi)此開(kāi)關(guān)后，電源導(dǎo)通，指示燈亮，風(fēng)扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。

（21）過(guò)載指示燈：當(dāng)本機(jī)超聲波振動(dòng)異常時(shí)，此燈會(huì)亮，并停止發(fā)振。

（22）超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)：觸發(fā)即有超聲波發(fā)生，用于檢驗(yàn)聲波是否正常。

（23）負(fù)載表：空載時(shí)，表示焊頭諧振的程度，（指針越低越好，視焊頭與輸出段數(shù)而異，通常在10%）負(fù)載時(shí)表示輸出功率的大?。?/span>

電流表一般在1.5A以下，在空載情況下是表示諧振程度，焊接時(shí)表示輸出的能量；

（24）調(diào)頻電感：調(diào)節(jié)電路部分的工作頻率與機(jī)械振動(dòng)諧振頻率相匹配。（詳細(xì)步驟，請(qǐng)參照操作要領(lǐng)。）

（26）控制插座：利用電纜連接，傳輸控制回路信號(hào)。

（27）超聲輸出插座：利用電纜連接，將高壓電信號(hào)傳輸給換能器。

（28）保險(xiǎn)絲座：容納保險(xiǎn)絲。

（30）振幅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)：選定適當(dāng)?shù)暮割^輸出振幅，以配合工作之要求，該開(kāi)關(guān)只有1.2.3三檔，其余皆為空檔。

超聲波焊接機(jī)操作要領(lǐng)：

1、超聲波焊接機(jī)工作原理：

　　將220V/50HZ的電源供電，轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz的高壓電能，利用換能器轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)械振動(dòng)經(jīng)變幅桿放大經(jīng)焊頭傳遞至被加工物，利用空氣壓力，產(chǎn)生工件接觸面加壓摩擦熔接的效果。

2、超聲波焊接機(jī)安裝程序：

A：將機(jī)架上的三根電纜分別接入底座和發(fā)生器的插座上，并擰緊。

B：安裝好換能器系統(tǒng)，并擰緊固定螺絲。

C：調(diào)整機(jī)架高度并擰緊機(jī)體固定把手。

D：觀察底座上急停開(kāi)關(guān)是否復(fù)位，如未，請(qǐng)復(fù)位。

E：連接好氣源及電源，并接好地線。

F：將焊頭與二級(jí)桿之間的接觸面擦拭干凈，在兩個(gè)端面上涂抹少量硅油或黃油，將螺桿擰入焊頭一邊擰緊，然后將焊頭與二級(jí)桿這宰用螺桿連接，并用板手鎖緊。

G：操作前，請(qǐng)務(wù)必做超聲檢測(cè)，以確定發(fā)生器頻率與換能器系統(tǒng)機(jī)械諧振頻率一致。尤其是更換焊頭或改變輸出振幅之后，不可疏忽。

3、超聲波檢測(cè)：

為了達(dá)到最佳的使用效果并維護(hù)本機(jī)的性能，調(diào)整發(fā)生器與換能器系統(tǒng)的諧振，非常重要。

A：調(diào)諧前，確保焊頭與變幅桿之間必需鎖緊。調(diào)諧時(shí)，焊頭不要接觸其它物品。

B：打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)電源指示燈亮。

C：按下超聲波測(cè)試開(kāi)關(guān)，并注視負(fù)載表，（如電流表指針超30%或超過(guò)2A，則按下超聲測(cè)試開(kāi)關(guān)的時(shí)間要非常短），調(diào)整調(diào)諧電感，左右旋轉(zhuǎn)直到負(fù)載電表批示在最小位置，通常在10%左右或1mA左右，并且越小越好。

D：因本機(jī)設(shè)有卡位，所以調(diào)諧電感的調(diào)整范圍只有360度，如焊頭的頻率同20KHZ相差較遠(yuǎn)時(shí)，需打開(kāi)機(jī)蓋，拆開(kāi)固定位進(jìn)行調(diào)整。

*注意*

（1）：調(diào)整調(diào)諧電感時(shí)，負(fù)載表電流表大小變化，并非表示功率輸出大小，只表示發(fā)生器與換能器能器系統(tǒng)諧振程度，（電流越小，諧振越好）。（還可調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，但不可在有超聲波時(shí)調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，以防高壓電擊。）

（2）：負(fù)載表電流表空載時(shí)，表示諧振程度；帶負(fù)載時(shí)，表示輸出能量。

（3）：調(diào)諧時(shí)，如過(guò)載指示燈亮，應(yīng)立即松開(kāi)測(cè)試開(kāi)關(guān)，過(guò)5秒鐘之后，調(diào)整調(diào)諧電感，再做超聲波檢測(cè)。

（4）：正確的調(diào)諧非常重要，如果無(wú)法達(dá)到正常情況，請(qǐng)參照故障檢測(cè)表，不可勉強(qiáng)使用，以免損壞機(jī)器。

4、校模：

為達(dá)到高的生產(chǎn)效率，焊頭與塑料件之間的距離應(yīng)盡量縮短但仍需留有足夠的空間方便取放塑料件。

1、將塑料件放在底座中調(diào)整氣壓在2Kg左右，利用焊頭升降開(kāi)關(guān)來(lái)使上下摸對(duì)準(zhǔn)。

2、選擇適合的焊頭與塑料件之間的距離鎖緊機(jī)架固定把手。

3、調(diào)整限位螺栓使焊頭下降壓緊塑料件之后仍有0.2mm左右的空間。（對(duì)于焊接深度要求較高的塑料件，此空間相應(yīng)加大）。

4、調(diào)整焊接、保壓時(shí)間、氣壓、試焊樣件。

5、觀察樣件,如發(fā)現(xiàn)焊接不均勻,則需要細(xì)調(diào)底座的平衡,一般原則為焊接部位熔接越厲害,則應(yīng)調(diào)低，在底座相反位置墊上紙片等抬高底座對(duì)應(yīng)位置，使塑料件與焊頭吻合良好。

6、

（附記）：影響塑料件超聲加工的因素如下：

（1）、接觸面的設(shè)計(jì)     （2）、焊接線的設(shè)計(jì)          （3）塑料材質(zhì)

（4）塑料件外形和尺寸   （5）焊接面與焊頭之間距離   （6）焊頭的設(shè)計(jì)

（7）焊頭的振幅        （8）校模的準(zhǔn)確性           （9）焊接壓力、時(shí)間參數(shù)的選擇

超聲波焊頭設(shè)計(jì)

本公司有專業(yè)工程師為顧客設(shè)計(jì)各類型超聲波焊頭，提供專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)及維修服務(wù)，以及解決一切熔接難題。同時(shí)，更騁有專業(yè)設(shè)計(jì)師為閣下設(shè)計(jì)特定之自動(dòng)化超聲波熔接機(jī)，以應(yīng)顧客不同之生產(chǎn)需求。

超聲波振動(dòng)系統(tǒng)由三部分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級(jí)桿、變幅桿，BOOSTER）；焊頭（又稱焊模，HORN或SONTRODE）。

①      換能器(TRANSDUCER)：換能器的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)。將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)有兩種物理效應(yīng)可以應(yīng)用。A：磁致伸縮效應(yīng)。B：壓電效應(yīng)的反效應(yīng)。磁致伸縮效應(yīng)在早期的超聲波應(yīng)用中較常使用，其優(yōu)點(diǎn)是可做的功率容量大；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率低，制作難度大，難于大批量工業(yè)生產(chǎn)。自從朗之萬(wàn)壓電陶瓷換能器的發(fā)明，使壓電效應(yīng)反效應(yīng)的應(yīng)用得以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉(zhuǎn)換效率高，大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是制作的功率容量偏小?，F(xiàn)有的超聲波機(jī)器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個(gè)金屬的前后負(fù)載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過(guò)螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。

②      變幅桿（BOOSTER）：變幅桿本身就是一條金屬柱，通過(guò)形狀的設(shè)計(jì)，可以將換能器傳遞過(guò)來(lái)的振幅進(jìn)行放大，達(dá)到加工塑料件所需能量振幅，相當(dāng)于加熱的溫度，如我們常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅為20μm左右；尼龍、聚丙稀所需的加工振幅為50μm左右。

③      焊頭（HORN）：焊頭的作用是對(duì)于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。

換能器、變幅桿、焊頭均設(shè)計(jì)為所工作的超聲頻率的半波長(zhǎng)，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過(guò)特別的設(shè)計(jì)；任何的改動(dòng)均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業(yè)制作。耐用根據(jù)所采用的材料不同，尺寸也會(huì)有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動(dòng)的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。

4、超聲波焊接機(jī)的參數(shù)及調(diào)節(jié)方法：

一般的超聲波焊接機(jī)上有如下的參數(shù)是可以調(diào)節(jié)的：

A：超聲波發(fā)生器上的調(diào)諧旋鈕：這是超聲波焊機(jī)最關(guān)鍵的一個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。其調(diào)節(jié)目的是使超聲波發(fā)生器所發(fā)出的高壓電信號(hào)頻率同換能器部分的機(jī)械諧振頻率一致。方法是輕觸測(cè)試開(kāi)關(guān)、左右設(shè)防該旋鈕，使負(fù)載指示的電流為最小，即可完成調(diào)諧步驟。

B：振幅檔：此旋鈕有些機(jī)種上沒(méi)有這個(gè)旋鈕，其功能是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)生器的輸出電壓，達(dá)到高速輸出振幅的目的。

C：氣動(dòng)部分：包括調(diào)速器、氣壓調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)速器用于調(diào)節(jié)氣缸的上、下速度。氣壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)工作氣壓。

D：熔接時(shí)間（WELD TIME）：用于調(diào)節(jié)超聲波發(fā)射的時(shí)間，一般的塑料件熔接時(shí)間為 0.6S以下，通常超過(guò)1.5S熔接時(shí)間均可視作失敗熔接（可視作振幅不夠，或設(shè)計(jì)不合理）。

E：保壓時(shí)間（HOLD TIME）：保壓時(shí)間相當(dāng)于加工塑料件之后的固化時(shí)間，通常如果塑料件的固定位設(shè)置得好，此時(shí)間可不用考慮，如果塑料件內(nèi)部有彈簧等部件，該時(shí)間應(yīng)相應(yīng)調(diào)長(zhǎng)。

F：延遲時(shí)間：觸發(fā)調(diào)節(jié)有兩種方式，一種是延時(shí)觸發(fā)。這種調(diào)節(jié)一般指示為延遲時(shí)間（DELAYTIME）。其所指為從觸發(fā)機(jī)器開(kāi)始到超聲波發(fā)射為止的時(shí)間。通過(guò)調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)先發(fā)射超聲波再熔接，或先壓緊塑料件再觸發(fā)超聲波。另一種是壓力觸發(fā)。這種觸發(fā)方式常見(jiàn)于美國(guó)BRANSON形式的超聲波焊接機(jī)中，其原理是調(diào)節(jié)壓緊塑料件的力度來(lái)觸發(fā)超聲波。對(duì)于較大的塑料件，為防止起振失敗，多采用先觸發(fā)超聲波再熔接，或以較小的觸發(fā)力度。

5、塑料件材料對(duì)超聲波焊接的影響

超聲波在塑料件中傳播，塑料件或多或少對(duì)超聲波能量有吸收和衰減，從而對(duì)超聲加工效果產(chǎn)生一定的影響，塑料一般有非晶體材料之分，按硬度有硬膠和軟膠之分，還有模數(shù)的區(qū)分，通俗地來(lái)說(shuō)，硬度高，低熔點(diǎn)的塑料超聲加工性能優(yōu)于硬度低、高熔點(diǎn)的塑料。因此，這就牽涉到超聲波加工距離的遠(yuǎn)近問(wèn)題，詳見(jiàn)第7節(jié)遠(yuǎn)、近距離焊接。

6、塑料件的加工條件對(duì)超聲焊接的影響

塑料件經(jīng)過(guò)注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會(huì)形成對(duì)超聲焊接產(chǎn)生一定影響的因素。

A：濕度缺陷：濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過(guò)程中形成，濕度缺陷在焊接中衰減有用能量，使密封位滲水，加長(zhǎng)焊接時(shí)間，所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。

B：注塑過(guò)程的影響：

注塑過(guò)程參數(shù)的調(diào)整會(huì)引致如下缺陷：

①   尺寸變化(收縮、彎曲變形)

②   重量變化

③   表面損傷

④   統(tǒng)一性不佳

C：保存期：塑料件注塑加工出來(lái)后，一般最少放置24小時(shí)后，再進(jìn)行焊接，以消除塑料件本身應(yīng)力、變形等因素。無(wú)定形塑料通過(guò)注塑出來(lái)的塑料件可不按此要求。

D：再生塑料

再生塑料的強(qiáng)度比較差，對(duì)超聲波焊接適應(yīng)性也較差，所以如用再生塑料，各種設(shè)計(jì)尺寸均要酌情加以考慮。

E：脫模劑和雜質(zhì)

脫模劑和雜質(zhì)對(duì)超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時(shí)可將加工表面的溶劑、雜質(zhì)等震開(kāi)，但對(duì)于要求密封、或在高強(qiáng)度的情況下，應(yīng)盡可能去除。在有些情況下，先清洗塑料件是必要的。

7、塑料件的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代注塑方式能有效提供比較完美的焊接用塑膠件。當(dāng)我們決定用超聲波焊接技術(shù)完成熔合時(shí)，塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先考慮如下幾點(diǎn)：

①   焊縫的大小(即要考慮所需強(qiáng)度)

②   是否需要水密、氣密

③   是否需要完美的外觀

④   避免塑料熔化或合成物的溢出

⑤   是否適合焊頭加工要求

焊接質(zhì)量可以通過(guò)下面幾點(diǎn)的控制來(lái)獲得：

①   材質(zhì)

②   塑料件的結(jié)構(gòu)

③   焊接線的位置和設(shè)計(jì)

④   焊接面的大小

⑤   上下表面的位置和松緊度

⑥   焊頭與塑料件的接觸面

⑦   順暢的焊接路徑

⑧   底模的支持

為了獲得完美的、可重復(fù)的熔焊方式，必須遵循三個(gè)主要設(shè)計(jì)方向：

①   最初接觸的兩個(gè)表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量(即接時(shí)間)來(lái)完成熔接。

②   找到適合的固定和對(duì)齊的方法，如；塑料件的接插孔、臺(tái)階或企口之類。

③   圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相互緊密接觸的。如果可能的話，接觸面盡量在同一個(gè)平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時(shí)保持一致。