原标题：超声波塑料焊接机-熔接塑料基础

了解超声波焊接工具有助于设计师有效地应用此组装方法。

过去二十年来，超声波塑料焊接机已经取得了实质性进展。台式机型具有比例阀控制，线性编码器，线路电压调节，内部过程控制功能等。这些进步让OEM们能够获得更好的产量和效率，焊接者更加坚固，更易于使用，并具有高度集成的校准和过程控制。

了解超声波焊接机组件的功能以及系统的工作原理很有用。这有助于简化为每个应用确定最佳焊接方法的过程。

机器基础超声波塑料焊接机的核心是传感器组件 - 通常被称为“堆叠”。堆叠通常由三个组件组成：转换器，增压器和焊接喇叭。这些部件以特定的扭矩值连接在一起并用作谐振或振动工具。

转换器是振动源。转换器内部是夹在金属板上的压电陶瓷盘。他们被高力地夹紧到精心设计的钛圆柱体上。发电机将高频电能提供给系统电源模块。电缆将功率馈送到转换器，并且压电陶瓷响应于正弦，高频电信号而膨胀和收缩。钛圆柱体将这种机械振动传递到堆叠的其余部件。

由转换器产生的振动大约为9mm，从零到高。为了获得大多数热塑性树脂的熔体温度，这是不够有用的振动。增压器放大输入振动，根据增压器设计定义的比例放大振动。例如，使用1：2.0增压器，9m输入端将在升压段末端给出18 m的可测量振动输出。

焊接喇叭将产生的能量转移到热塑性工件上。喇叭设计匹配工件轮廓。它将从助推器传递的振动衰减到特定值，并施加该过程所需的力。焊接喇叭和增压器设计为在发电机信号使变频器振荡的频率处具有轴向振动模式。

所产生的机械振动在两个热塑性组分的界面处引发熔融。用于描述超声波堆叠中的振动量的术语是“振幅”。每个热塑性塑料将具有有效启动熔体的特定振幅范围。正确的转换器，增压器和正确设计的焊接喇叭都是提供特定应用需求的振幅的关键。幅度超出范围可能导致不良键或破坏材料在一起。

试验和误差是确定热塑性塑料最有效振幅的一种方法。但大多数超声波焊接机的供应商都有幅面数据可用于广泛的热塑性塑料。例如，聚碳酸酯需要18到22米（0到峰值）的振幅。然而，其他因素影响所需的幅度。这些可以包括塑料部件的尺寸，从焊嘴的端部到两个塑料部件之间的界面的偏移量以及塑料树脂中的添加剂。

先进技术塑料焊接机具有许多调整幅度，强度和曝光的设置。这三个因素相互作用并影响塑料熔体或焊接过程的成败。当部件间接口处的材料熔化并且部件与组件的必要强度和密封要求相结合时，发生塑性熔体。

振幅是以静态位置（以微米为单位）在焊接喇叭末端的膨胀量的表示。它可以设置为百分比值，作为过程参数，或者作为锅的相对位置。外部测量为微米（0至峰值或峰峰值）或十进制值。对于大多数热塑性树脂，经验数据表明应该存在于焊接喇叭末端的振幅范围，以实现“正常”焊接过程。对于20kHz超声波焊接工艺，例如，聚苯乙烯（PS）需要15至20m（0至峰值），高密度聚乙烯（HDPE）需要45至50m（0至峰值）。

力是按部件上的实际施加的力，以牛顿测量，或磅的磅（lbf）。“正常”焊接过程所需的力量主要受零件尺寸的影响。作为一般规则，大约1磅/平方英尺给出了一个线性毫米的能量，指向零件间接口。例如，1.5英寸直径的组件需要约120lbf的焊接力。根据设备，力的单位可以是psig，bar，lbf或牛顿（N）。最后，曝光可以是时间值，标准或公制单位的距离值，或瓦特，焦耳或瓦特/秒的功率。

曝光是施加振动和力的持续时间，以秒为单位。

超声波塑料技术的进步解决了这些变量中的每一个。

发电机和电源模块中的线路电压调节功能可以确保施加到转换器的高频信号产生位于严格控制的规格范围内的输出幅度。这对于焊接过程至关重要。振幅是使焊接过程有效的主要参数。升压器和焊接喇叭部件仅仅是堆叠中压缩波形的反应段。因此，来自转换器的输入幅度必须是正确的，以便在焊接喇叭的末端获得目标振幅。

系统的振幅需要校准，以保持焊接质量和一致性。用户应注意每个转换器都是在严格的规格范围内制造的。任何转换器的幅度输出将在规范内，无论其连接到发生器。这可以在一台机器上建立验证过程，也许在研发实验室。然后，该过程可以转移到另一个机器 - 在另一个制造工厂，例如，对性能有很高的信心。

比例阀组件控制塑料焊接机的气动系统。因此，它们在塑料焊接过程中动态地控制力。幅度和力是互动的。幅度描述施加到工件的压缩波形。力描述了将振动传递到工件中的方法。校准比例阀的控制电压。该校准允许触发力，焊接力或保持力的焊接参数的数值代表实际施加的力。

此外，比例阀系统中的压力传感器提供驱动气缸中的压力的闭环控制。这消除了进气压力的变化。系统校准可使经过验证的过程参数在多台机器上实现。事实上，使用具有校准幅度和力的超声波塑料焊接机进行的过程验证协议，可以有很高的信心。

曝光由焊接方法设定，是关闭电源模块的因素。四种标准焊接方法是：时间，能量，相对距离和绝对距离。当然，超声波塑料焊接设备的各种制造商对这些方法可能使用略有不同的术语; 例如，可以使用术语“崩溃”作为相对距离。

专门设计用于超声波焊接的塑料组件在两个或更多个部件之间的界面处包含几何形状，这有助于在焊接接头区域引发塑性熔体。这些几何形状是基于标准接头设计标准。它们代表一定量的待熔化的塑料。当塑料熔化并在接头内流动时，焊机可以监测焊接距离或崩溃。该距离与焊接接头的强度密切相关。

一些组件需要对成品零件的总长度（OAL）的严格公差。基于绝对距离的曝光方案在看到OAL值时将停止焊接过程。有时候，全自动装配线中的生产率或焊接站的时间比优化焊接接头的强度更为重要。在这种情况下，时间是首选的焊接方法。

许多系统还提供能量作为焊接方法。它们使用由电源模块计算的特定能量值。注意，该能量值是用于维持转换器幅度输出的功率量。在联合设计区域启动和维持塑料熔体的动力学影响转炉需要多少功率。但其他过程变量也可能影响功率和能量值。有时能量值与良好的焊缝相关。然而，通常的做法是根据焊接设备供应商执行的焊接试验的数据，对焊接方法做出决定。

超声波焊接在哪里是可行的

一个清单可以帮助决定塑料焊接是否适合。如有疑问，请联系焊接设备供应商咨询。

1. 检查材料规格：材料是热塑性树脂吗？如果在组装中使用两种不同的树脂，它们是否兼容？
2. 根据类似的应用查找所需的幅度。
3. 估计焊接喇叭的形状或设计：基于现有的焊接角。是否有可靠的焊接角设计可以与您的工件配合使用？
4. 最大振幅：塑料焊接系统是否提供幅度百分比参数？可以达到所需的幅度吗？
5. 检查适当的联合设计。考虑是否需要“密封”密封。还可以评估接头强度要求，外观标准，零件几何形状，加工或成型能力以及焊接参数限制。
6. 制作样品：使用原型零件和现有工具焊接试验，以在产品开发周期的早期阶段获得最终过程的信心。使用实验设计验证过程，验证过程并将其释放到生产中。

有时被忽视的一个领域是组装技术的水平如何与生产和质量要求相匹配。具有较高下游责任和需要联邦监管的有效过程的产品，例如有特殊需求。它们需要具有校准振幅和力功能的超声波塑料焊接机。超声波塑料焊接技术可以提供许多资源。超声波塑料焊接设备供应商提供的技术研讨会或研讨会是良好的起点。主题可以关注过程的工作原理，设备，材料和联合设计的正确使用以及控制过程的机器功能以及焊接过程数据的报告。

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