超聲波焊接機作業(yè)指導書（詳細版）

口罩機那些事今日第一條4月25日 星期六

超聲波焊接基本原理

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，當此熱量足夠熔化工作時，停止超聲波振動，此時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在人耳聽覺范圍之外，故稱為超聲波，但15KHz仍在耳聽覺范圍之內(nèi)。

本機產(chǎn)品規(guī)格及參數(shù)：

頻率：15KHZ 功率：3500W 功率可調(diào) 焊頭行程：75MM

超聲波焊接機結(jié)構(gòu)

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

A：組件名稱

（1）升降速度 （2）焊接時間 （3）保壓時間     

（4）氣壓表 （5）調(diào)壓器 （6）超聲測試開關(guān)

（7）焊頭升降開關(guān) （8）延遲時間 （9）分水器

（10）機體固定把手 （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)開關(guān) （17）急停開關(guān) （18）限位螺栓

（20）電源開關(guān) （21）過載指示燈 （22）超聲測試開關(guān)

（23）負載電流表 （24）調(diào)頻電感 （25）散熱風口

（26）控制插座 （27）超聲輸出插座 （28）保險絲座

（29）電源線入口 （30）功率調(diào)節(jié)開關(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，順時針旋轉(zhuǎn)減速、反之加速。

2.焊接時間：此旋鈕為一波段開關(guān)，實為一可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)超聲波焊接的時間。

3.保壓時間：此旋鈕同焊接時間旋鈕相同，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.超聲測試開關(guān)：輕觸開關(guān)，即可發(fā)送超聲波，一般用于檢測超聲波是否正常。

7.焊頭升降開關(guān)：主要用于校對模具，該開關(guān)為自鎖開關(guān)，按下后需重按復原。

8.延遲時間：表示從觸發(fā)開始到超聲波發(fā)出之間的延時時間；

9.分水器：用于分離壓縮空氣中的水分，請在積水半滿時將杯底針向上壓，以排出積水。

10.機體固定把手：用于固定上部機架。

11.升降手輪：將（10）松開后即可調(diào)整機架高低。

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，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防止。

*注意*焊頭不可以任意修改，否則會改變其諧振頻率及機械強度，容易導致?lián)Q能器或電器零件損壞。

16.觸發(fā)開關(guān)：兩邊開關(guān)同時觸發(fā)，可實現(xiàn)正常程序。

17.急停開關(guān)：該開關(guān)為自鎖開關(guān)，一經(jīng)觸發(fā)，則焊頭不能下降。如觸發(fā)后應旋鈕復位，便于程序運作。

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。

19.電源開關(guān)：打開此開關(guān)后，電源導通，指示燈亮，風扇開始運轉(zhuǎn)。

20.過載指示燈：當本機超聲波振動異常時，此燈會亮，并停止發(fā)振。

21.超聲測試開關(guān)：觸發(fā)即有超聲波發(fā)生，用于檢驗聲波是否正常。

22.負載表：空載時，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%）負載時表示輸出功率的大?。?/p>

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

23.調(diào)頻電感：調(diào)節(jié)電路部分的工作頻率與機械振動諧振頻率相匹配。（詳細步驟，請參照操作要領(lǐng)。）

24.控制插座：利用電纜連接，傳輸控制回路信號。

25.超聲輸出插座：利用電纜連接，將高壓電信號傳輸給換能器。

26.保險絲座：容納保險絲。

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

超聲波焊接機操作要領(lǐng)：

1、超聲波焊接機工作原理：

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)換成機械能，機械振動經(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、超聲波焊接機安裝程序：

A：將機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)整機架高度并擰緊機體固定把手。

D：觀察底座上急停開關(guān)是否復位，如未，請復位。

E：連接好氣源及電源，并接好地線。

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

G：操作前，請務必做超聲檢測，以確定發(fā)生器頻率與換能器系統(tǒng)機械諧振頻率一致。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：

為了達到最佳的使用效果并維護本機的性能，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，焊頭不要接觸其它物品。

B：打開電源開關(guān)，此時電源指示燈亮。

C：按下超聲波測試開關(guān)，并注視負載表，（如電流表指針超30%或超過2A，則按下超聲測試開關(guān)的時間要非常短），調(diào)整調(diào)諧電感，左右旋轉(zhuǎn)直到負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相差較遠時，需打開機蓋，拆開固定位進行調(diào)整。

*注意*

（1）：調(diào)整調(diào)諧電感時，負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)開關(guān)，但不可在有超聲波時調(diào)整振幅調(diào)節(jié)開關(guān)，以防高壓電擊。）

（2）：負載表電流表空載時，表示諧振程度；帶負載時，表示輸出能量。

（3）：調(diào)諧時，如過載指示燈亮，應立即松開測試開關(guān)，過5秒鐘之后，調(diào)整調(diào)諧電感，再做超聲波檢測。

（4）：正確的調(diào)諧非常重要，如果無法達到正常情況，請參照故障檢測表，不可勉強使用，以免損壞機器。

4、校模：

為達到高的生產(chǎn)效率，焊頭與塑料件之間的距離應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，利用焊頭升降開關(guān)來使上下摸對準。

2、選擇適合的焊頭與塑料件之間的距離鎖緊機架固定把手。

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。（對于焊接深度要求較高的塑料件，此空間相應加大）。

4、調(diào)整焊接、保壓時間、氣壓、試焊樣件。

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

6、影響塑料件超聲加工的因素如下：

（1）、接觸面的設(shè)計 （2）、焊接線的設(shè)計 （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

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

5、超聲波焊接操作思維導圖                   

超聲波焊接機調(diào)試步驟思維導圖

超聲波焊接機故障排除

（1）焊接故障

現(xiàn) 象 原 因 解 決 方 法

熔接過度 輸入塑料件能量太多 1、 降低氣壓2、 減少焊接時間3、 降低振幅段數(shù)4、 更換低倍數(shù)二級桿

熔接不足 輸入塑料件能量太少 1、 增加氣壓2、 加長焊接時間3、 增大振幅段數(shù)4、 更換高倍數(shù)二級桿5、 使用較大功率的機型

熔接效果不一致 1、 注塑模變化2、 使用水料或次料3、 填加物比例變化 1、 檢查注塑模是否磨損2、 改進所用材料3、 固定填加物成份

非熔接面損傷 1、 焊頭與塑料接觸面不吻合2、 超聲波集中損傷 1、 修理焊頭與底模使之與塑料件吻合2、 修理焊頭在相關(guān)位置避空

塑料件開裂、震斷 1、 超聲波振幅過大2、 塑料件強度不夠 1、 選擇低倍數(shù)二級桿2、 減少輸出振幅3、 塑料加加強筋或加厚

塑料件表面穿孔 1、 超聲波振幅不夠，超長時間焊接所致2、 超聲波集中損傷 1、 提高輸出振幅，減少焊接時間，有必需時更換較大功率的機型2、 焊頭相應位置避空3、 塑料件加強厚度或加加強筋

（2）機器故障

現(xiàn) 象 原 因 解 決 方 法

打開電源無顯示 保險絲熔斷 1、 檢查功率管是否短路2、 更換保險絲

超聲波測試無電流顯示 1、 功率管燒毀2、 高壓電容燒毀3、繼電器控制線路部分有故障 更換相關(guān)燒毀零件

起聲波測試電流偏大、過載 1、 焊頭沒鎖緊或有裂紋2、 若不帶焊頭，電流大，此換能器或二級桿老化或有裂紋3、 功率管特性有變異或燒毀4、 功率放大電路部分有故障 更換相關(guān)零件

焊接時電流偏大、過載 1、 氣壓偏高2、 焊頭過大，沖擊電流大3、 觸發(fā)壓力高，延遲時間長4、 二級桿變比偏高 1、 調(diào)低氣壓2、 使用較大功率機型3、 調(diào)低觸發(fā)壓力，減少延遲時間4、 換用低倍數(shù)二級桿

觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)焊頭不落 1、 急停開關(guān)未復位2、 觸發(fā)開關(guān)不能同時觸發(fā)或其中一個接觸不良3、 程序控制板有問題 1、 將急停開關(guān)復位2、 檢測使兩個觸發(fā)開關(guān)能同時觸發(fā)3、 檢測程序板排除故障，一般為IC問題

觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)后，超聲時間非常長或者保壓時間非常長 焊接時間或保壓時間波段開關(guān)斷路 調(diào)整波段開關(guān)觸點，使之接觸良好

觸發(fā)觸發(fā)開關(guān)后，超聲波不能觸發(fā) 1、 壓力觸發(fā)開關(guān)損壞2、 程序板有問題 1、 更換壓力觸發(fā)開關(guān)或小彈簧2、 檢測程序板排除故障，一般為IC問題

超聲波振動系統(tǒng)由三部分組成：換能器（TRANSDUCER）；增幅器（又稱二級桿、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轉(zhuǎn)換成機械振動信號。將電信號轉(zhuǎn)換成機械振動信號有兩種物理效應可以應用。

A：磁致伸縮效應。

B：壓電效應的反效應。

磁致伸縮效應在早期的超聲波應用中較常使用，其優(yōu)點是可做的功率容量大；缺點是轉(zhuǎn)化效率低，制作難度大，難于大批量工業(yè)生產(chǎn)。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發(fā)明，使壓電效應反效應的應用得以廣泛采納。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，缺點是制作的功率容量偏小?，F(xiàn)有的超聲波機器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個金屬的前后負載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過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，通過形狀的設(shè)計，可以將換能器傳遞過來的振幅進行放大，達到加工塑料件所需能量振幅，相當于加熱的溫度，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)計為所工作的超聲頻率的半波長，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過特別的設(shè)計；任何的改動均可能引致頻率、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、超聲波焊接機的參數(shù)及調(diào)節(jié)方法：

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

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

B：振幅檔：此旋鈕有些機種上沒有這個旋鈕，其功能是通過調(diào)節(jié)發(fā)生器的輸出電壓，達到高速輸出振幅的目的。

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

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

F：延遲時間：觸發(fā)調(diào)節(jié)有兩種方式，一種是延時觸發(fā)。這種調(diào)節(jié)一般指示為延遲時間（DELAYTIME）。其所指為從觸發(fā)機器開始到超聲波發(fā)射為止的時間。通過調(diào)節(jié)，可實現(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)方式常見于美國BRANSON形式的超聲波焊接機中，其原理是調(diào)節(jié)壓緊塑料件的力度來觸發(fā)超聲波。對于較大的塑料件，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，塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減，從而對超聲加工效果產(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，通俗地來說，硬度高，低熔點的塑料超聲加工性能優(yōu)于硬度低、高熔點的塑料。因此，這就牽涉到超聲波加工距離的遠近問題，詳見第7節(jié)遠、近距離焊接。

6、塑料件的加工條件對超聲焊接的影響

塑料件經(jīng)過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產(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，加長焊接時間，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：注塑過程的影響：

注塑過程參數(shù)的調(diào)整會引致如下缺陷：

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后，一般最少放置24小時后，再進行焊接，以消除塑料件本身應力、變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。

D：再生塑料

再生塑料的強度比較差，對超聲波焊接適應性也較差，所以如用再生塑料，各種設(shè)計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)對超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑、雜質(zhì)等震開，但對于要求密封、或在高強度的情況下，應盡可能去除。在有些情況下，先清洗塑料件是必要的。

7、塑料件的設(shè)計

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

①焊縫的大小(即要考慮所需強度)

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)量可以通過下面幾點的控制來獲得：

①材質(zhì)

②塑料件的結(jié)構(gòu)

③焊接線的位置和設(shè)計

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、可重復的熔焊方式，必須遵循三個主要設(shè)計方向：

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

②找到適合的固定和對齊的方法，如；塑料件的接插孔、臺階或企口之類。

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平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時保持一致。