超声波焊接设备结构及各部分原理(1)

超声波焊接设备结构及各部分原理分析

1.1 超声波的定义：

1.2、超声波的传播：

1. 3、超声波焊接的能量传递：

1.4 超声波振幅的增幅：

2/1波长

2/1波长2/1波长

1. 5、超声波的周波数与振幅：

1. 超声波的传播：

1. 超声波发生器

作用是将工频（50 Hz或60 Hz）电压转变为超声频电压。微处理器经由用户界面控制焊接循环和反馈关键焊接信息给用户。用户界面也允许操作人员输入所需的焊接参数。

1.1 超声波发生器内部结构

1.2 超声波发生器种类

标准型：智能型：自动追频超声波焊接机，数字电路设计，超声波

频率自动与超声波模具匹配，无需调节频率，长时间工作

频率不漂移；超声波振幅可调，适合焊接不同要求的产品。

2、焊接套件

声能系统焊接套件提供超声机械振动，一般由换能器、变幅杆、焊头三部分组成，在变幅杆中部固定在焊接压力机上。焊接套件是有点类似音叉的谐振器。焊接套件的谐振频率必须紧密匹配来自发生器的电信号的频率（相差少于30 Hz）。

2.1、换能器

通过逆压电效应将来自于发生器的超声频电压转化为同频率的超声机械振动。它由夹于两金属（通常是钛）块之间的若干压电陶瓷片组成。片与片之间有一薄金属板形成电极。在正弦电信号经由电极提供给换能器时，压电片膨胀和收缩，产生15~20 μm的轴向峰到峰运动。超声波换能器是精密设备，应小心处理。

2.2:BLT换能器

2.3：PZT压电环

2.4、增幅器

2.5、超声波变幅杆

变幅杆有两个作用。其主要作用是放大换能器端部产生的机械振动并将振动传给焊头。另一作

用是提供固定套件于焊接压力机上的位置。在换能器施加超声能量时，变幅杆也膨胀和收缩。与焊接套件中的其它零件一样，变幅杆是调谐装置，因而它也必须在特定频率共振以便将超声能量从换能器传至焊头。为了有效地发挥作用，变幅杆必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长的整数倍。一般为半波长。

2.6、超声波焊头

超声波焊头是焊接套件中向待焊零件提供能量的部分。与超声波变幅杆一样，焊头也是调谐装置，在大部分应用中也提供机械放大，焊头的长度必须是超声波在其制造材质中的半波长或

半波长的整数倍。这保证焊头端部有足够的振幅实现焊接。振幅一般为30~120 μm。待焊零件和接头设计决定焊头的尺寸和式样。焊头的形状至关重要，因为焊头的轴向膨胀和收缩产生的应力会在高振幅情况下造成开裂。在某些应用中，焊头加工有多个轴向狭槽。这是为了确保最大振幅位于纵向。焊头端部将超声能量传给待焊零件。端部应专门设计以匹配零件来确保焊头和零件之间实现最大能量传递。通常焊头端部做成匹配零件轮廓的型材。约75%的焊头是由钛制成，约15%由铝制成，其它焊头由HRC54~56的淬硬钢制成。钛质轻、硬度适当、韧性好、声学性能优是理想材料，常用于小焊头，钛还可涂硬质合金用于高磨损场合。但是其价格昂贵，难以机加工。铝质轻、容易加工、声学性能好、成本低，用于制作大零件焊接时的大焊头和原型焊头或需复杂加工的焊头。铝焊头由于表面硬度低、容易磨损、疲劳性能差，不适合于长期生产应用，常用于小批量应用。为防止产生压痕和减少磨损，铝必须镀镍或铬。在需耐冲击或耐磨以及焊接填充塑料或者埋植金属嵌件时，需用钢焊头。钢焊头疲劳强度低，只用于低振幅场合。复杂零件、特型的或大尺寸零件通常需要复合式焊头（子母焊头），这时基底焊头采用铝质，钛或钢次级焊头与基底焊头相连并引导能量。

2.7、超声波焊头

2.8、超声波焊头种类