随着超声波塑料焊接这一新工艺的不断发展，对不同类型超声波焊接设备的需要越来越来出大，输出功率在千瓦以下的超声波焊接机已不能满足用户的要求，特别是对较大塑料件和可焊性比较差的材料焊接就需要提供更大功率的超声波焊接机，为此我厂在系列产品的基础上又研制成功了系列超声波焊接机。下面将从分析超声波焊接机原理，超声波焊接机工作原理，重点分析超声波焊接机电路原理。

 

该设备的主要技术性能和使用效果与国外同类产品基本相同, 为我国塑料焊接新工艺开发提供了良好的基础。本设备为落地式全晶体管化大功率超声波塑料焊接机。全部采用国产元器件制成,其中大功率换能器和超声波发生器输出匹配都采用了较新的电子技术。

 

超声波焊接机主要技术性能指标

电器性能：工作频率20khz,最大输出功率：2000W，焊接时间：可调, 工作方式：半自动。机械性能：气动压力：2-6kg/cm,气缸行程：75mm，电源：220v

 

超声焊接机工作原理

　　本设备由超声波发生器、超声波换能器、机械传动三部分组成。机械传动系统本系统是一种含操作台由气缸进行传动的大型落地式装置, 并采用条牙方法通过手轮调节焊头的上下位置, 不设有水平调整机构。见图。图中, 发生器一抽屉, 启动开关, 调平工作台紧急制动开关指示灯, 工作压力调节，工作速度调节上下移动手轮上下移动锁定」气源三联件八门固定螺钉, 换能器换能器安装座门。

 

　　将大于的气源送入分水滤气器, 经过压力调节阀使压力表读数为使用压力, 一般在2-6kg/cm之间。后又经油雾器再送入二位五通电磁换向阀, 该电磁阀的吸动信号由发生器控制, 换向阀气路见图图中, 气源分水滤气器’压力调节阀压力指示表多油雾器二位五通电磁阀单向节流阀, 执行机构气缸触发开关。

 

　　初始状态应是P、B通路, P、A断路,使气缸带动的换能器焊头向上复位, 当启动开关信号送到发生器时,P 、B由原来通路变为断路, 此时P、A由原来断路变为通路,使气缸带动的换能器下降, 当下降至设定位置时触动装于机架内的微动开关, 以触发超声波发振工作, 发振及保压时间由发生器预先设定触发压力10-70kg,可通过压力调节盘预先调整控制触发范围, 待超声、保压结束后, 发生器自动又来一信号使电磁阀释放, 二位五通电磁阀换向, 将换能器返回原处复位, 完成一次焊接过程, 压力盘的调节是根据不同特性的焊头和焊接对象而设定的。.

　　　超声波焊接机原理之电路部分结构，超声波发生器系统由功率放大电路、顺序控制电路、失配保护电路等组成。互功放电路是采用八只大功率晶体管组成的二组桥式带功率的自激振电路, 通过输出匹配网络将功率再合成起来, 使输出最大功率达到千瓦以上。由于振荡电路是采用开关模式, 所以减少了晶体管的耗散功率,以取得较高的转换效率。它的工作过程和原理可由图3图4来说明。

　　当启动信号经控制电路送到偏置电路时, 二组偏置分别加到功放1的、BG1,BG4，和功放2的BG5、BG8, , 然后由输出产生正反馈信号通过选频网络到移相器, 经移相后又激发功放1的BG2、BG3和功放2的BG6，BG7。由于对电路相位的正确分配, 使二组桥式功放的功率管处于开关状态来建立振荡过程, 并达到功率输出目的, 二组功放管的输出均为方波形式, 而经过匹配网络后加到换能器时, 由于负载特性因素, 使换能器二端成为正弦波。该电路的振荡频率是由换能器和选频网络决定的, 选频网络可根据不同换能器频率进行调整, 使网络谐振频率和换能器谐振频率取得一致, 达到最佳匹配效果。

 

　　超声波焊接机原理的保护电路采用较新的相位比较法来达到失配或过载控制以保护大功率管不被损坏。保护电路的工作原理可用图方框图来说明。从功放电路送来相位差为“180度” 的二个信号, 其中一个信号到波形调节器, 经波形调节后的信号与另一个功放送来的信号同时加入相位比较电路进行比较处理, 比较后的信号输到开关控制电路, 当功放送来二信号相位差为“180 ”时, 说明功放输出负载处在正常匹配状态, 此时开关控制电路无信号输出, 超声启动信号可以正常控制功放偏置起振工作。当功放输出处在失配或过载情况时, ‘送来的二个信号相位差会偏离180, 只有在这种清况下, 开关控制电路才有信号输出, 此信号加到偏置控制电路, 切断功放偏置电路停止功放振荡并驱动过载指示灯。

 

超声波焊接机原理之程序控制电路是采用集成电路和分立元件组成的, 主要作用于整机焊接过程达到半自动目的。基本过程可由图方框图来说明。

 

　　　操作信号经触发器后, 使触发器为“ 状态, 通过电平转换送出一个降信号, 使换能器下降至焊接件端面, 当焊件接触到焊头时,另一个超声触发信号送到超声时控电路此信号由机架微动开关送来, 经电平转换后控制功放偏置, 以起动功放电路产生振荡, 又将超声受控时间结束信号送入保持时控电路, 这主要是焊头在一信号停止后继续保持在焊件上, 以待焊件冷却。当保持受控时间结束后, 信号送到触发器, 使触发器为“ 0”状态, 换能器回升到原处, 完成一次焊接过程。

　　超声波焊接机换能器系统—换能器是由振子、聚能器、焊接头三部分组成, 其中采用六块压电晶片和铝合金及钢组成的半波长非对称形振子, 共振频率为20khz。

为了适应各种不同焊接对象的需要, 我们采用铝合金材料制造的有不同振幅放大比的半波长聚能器, 其中有, 1:2.5,1:2.0，1:1.5，1:1.0，1:0.9,1:0.6等；

　　由于大功率超声波焊接设备主要用于大型塑料件或可焊性较差材料的焊接, 因此对焊头的设计制造, 在满足半波长的前提下, 振幅大小一般在焊头设计中就应有所考虑。但个别由于焊件形状复杂, 焊头设计中无法考虑振幅等, 也可通过聚能器的不同振幅比来调整, 总之当振子、聚能器、焊头三部分连成一体后总的特性应符合超声波捍接设备的要求, 即小信号测量时20khz+—0.5khz，谐振阻抗小于50欧姆；

　　在大功率发生源匹配输出时, 空气负载情况下其功率应是最大功率的15%以下, 就目前我厂生产的换能器实测数据为最大功率的12%, 即250瓦左右, 当焊头在实际焊接受压情况下, 由于动态阻抗的变化, 功率可从250瓦至2000瓦范围内变化, 因发生器输出在较理想的匹配状态下, 所以焊接过程中输出功率随负载变化而达到自动调节作用, 使塑料焊接性能提高到一个新平。

不同型号超声波焊接机的工作原理是相同的，其机械结构基本相同，不同的是超声波发生器的电路结构，不同型号的超声波线路结构是不同的，其超声波焊接机电路的原理也不完全相同。