隨著超聲波塑料焊接這一新工藝的不斷發展，對不同類型超聲波焊接設備的需要越來越來出大，輸出功率在千瓦以下的超聲波焊接機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，為此我廠在系列產品的基礎上又研制成功了系列超聲波焊接機。下面將從分析超聲波焊接機原理，超聲波焊接機工作原理，重點分析超聲波焊接機電路原理。

 

該設備的主要技術性能和使用效果與國外同類產品基本相同, 為我國塑料焊接新工藝開發提供了良好的基礎。本設備為落地式全晶體管化大功率超聲波塑料焊接機。全部采用國產元器件制成,其中大功率換能器和超聲波發生器輸出匹配都采用了較新的電子技術。

 

超聲波焊接機主要技術性能指標

電器性能：工作頻率20khz,最大輸出功率：2000W，焊接時間：可調, 工作方式：半自動。機械性能：氣動壓力：2-6kg/cm,氣缸行程：75mm，電源：220v

 

超聲焊接機工作原理

　　本設備由超聲波發生器、超聲波換能器、機械傳動三部分組成。機械傳動系統本系統是一種含操作臺由氣缸進行傳動的大型落地式裝置, 并采用條牙方法通過手輪調節焊頭的上下位置, 不設有水平調整機構。見圖。圖中, 發生器一抽屜, 啟動開關, 調平工作臺緊急制動開關指示燈, 工作壓力調節，工作速度調節上下移動手輪上下移動鎖定」氣源三聯件八門固定螺釘, 換能器換能器安裝座門。

 

　　將大于的氣源送入分水濾氣器, 經過壓力調節閥使壓力表讀數為使用壓力, 一般在2-6kg/cm之間。后又經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生器控制, 換向閥氣路見圖圖中, 氣源分水濾氣器’壓力調節閥壓力指示表多油霧器二位五通電磁閥單向節流閥, 執行機構氣缸觸發開關。

 

　　初始狀態應是P、B通路, P、A斷路,使氣缸帶動的換能器焊頭向上復位, 當啟動開關信號送到發生器時,P 、B由原來通路變為斷路, 此時P、A由原來斷路變為通路,使氣缸帶動的換能器下降, 當下降至設定位置時觸動裝于機架內的微動開關, 以觸發超聲波發振工作, 發振及保壓時間由發生器預先設定觸發壓力10-70kg,可通過壓力調節盤預先調整控制觸發范圍, 待超聲、保壓結束后, 發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位, 完成一次焊接過程, 壓力盤的調節是根據不同特性的焊頭和焊接對象而設定的。.

　　　超聲波焊接機原理之電路部分結構，超聲波發生器系統由功率放大電路、順序控制電路、失配保護電路等組成。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, 通過輸出匹配網絡將功率再合成起來, 使輸出最大功率達到千瓦以上。由于振蕩電路是采用開關模式, 所以減少了晶體管的耗散功率,以取得較高的轉換效率。它的工作過程和原理可由圖3圖4來說明。

　　當啟動信號經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, , 然后由輸出產生正反饋信號通過選頻網絡到移相器, 經移相后又激發功放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狀態來建立振蕩過程, 并達到功率輸出目的, 二組功放管的輸出均為方波形式, 而經過匹配網絡后加到換能器時, 由于負載特性因素, 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絡決定的, 選頻網絡可根據不同換能器頻率進行調整, 使網絡諧振頻率和換能器諧振頻率取得一致, 達到最佳匹配效果。

 

　　超聲波焊接機原理的保護電路采用較新的相位比較法來達到失配或過載控制以保護大功率管不被損壞。保護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節器, 經波形調節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行比較處理, 比較后的信號輸到開關控制電路, 當功放送來二信號相位差為“180 ”時, 說明功放輸出負載處在正常匹配狀態, 此時開關控制電路無信號輸出, 超聲啟動信號可以正常控制功放偏置起振工作。當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動過載指示燈。

 

超聲波焊接機原理之程序控制電路是采用集成電路和分立元件組成的, 主要作用于整機焊接過程達到半自動目的。基本過程可由圖方框圖來說明。

 

　　　操作信號經觸發器后, 使觸發器為“ 狀態, 通過電平轉換送出一個降信號, 使換能器下降至焊接件端面, 當焊件接觸到焊頭時,另一個超聲觸發信號送到超聲時控電路此信號由機架微動開關送來, 經電平轉換后控制功放偏置, 以起動功放電路產生振蕩, 又將超聲受控時間結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保持在焊件上, 以待焊件冷卻。當保持受控時間結束后, 信號送到觸發器, 使觸發器為“ 0”狀態, 換能器回升到原處, 完成一次焊接過程。

　　超聲波焊接機換能器系統—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, 因此對焊頭的設計制造, 在滿足半波長的前提下, 振幅大小一般在焊頭設計中就應有所考慮。但個別由于焊件形狀復雜, 焊頭設計中無法考慮振幅等, 也可通過聚能器的不同振幅比來調整, 總之當振子、聚能器、焊頭三部分連成一體后總的特性應符合超聲波捍接設備的要求, 即小信號測量時20khz+—0.5khz，諧振阻抗小于50歐姆；

　　在大功率發生源匹配輸出時, 空氣負載情況下其功率應是最大功率的15%以下, 就目前我廠生產的換能器實測數據為最大功率的12%, 即250瓦左右, 當焊頭在實際焊接受壓情況下, 由于動態阻抗的變化, 功率可從250瓦至2000瓦范圍內變化, 因發生器輸出在較理想的匹配狀態下, 所以焊接過程中輸出功率隨負載變化而達到自動調節作用, 使塑料焊接性能提高到一個新平。

不同型號超聲波焊接機的工作原理是相同的，其機械結構基本相同，不同的是超聲波發生器的電路結構，不同型號的超聲波線路結構是不同的，其超聲波焊接機電路的原理也不完全相同。