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超声波换能器原理与设计（超声波振动系统）匹配 摘要：就塑料焊接机的超声
波换能器系统进行设计和计算，并用pro- e 三维软件绘出三维模型， 后进行频率
分析，为超声波换能系统提供了有用的设计方法。 关键词：超声波换能器，超声
波振子，超音波振动子，超声波振动系统 当代社会，塑料的各种制品已渗透到
人们日常生活的各个领域。传统的加工工艺，已不能适应现代塑料工业的发展需要
。超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，既不要填加任何粘接剂、填料或溶剂，也
不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。
因此，超声波焊接技术越来越很广地获得应用。超声换能系统通常包括超声波换能
器和超声波变幅杆，是进行超声焊接加工的基础组件，而良好的超声换能器是保证
超声焊接加工的前提条件。 2.1超声波换能器的设计 超音波塑料焊接机工作时
，加工塑料工件需要的是高频率的纵向振动，使得工件的上下模上下高频振动熔化
焊接层，得到焊接效果。因此选择换能器的种类，是纵向复合式换能器，结构简单
。首尾两块是金属盖板；中间是压电陶瓷晶堆，一般是纵向极化的带圆孔片或圆管
，也可以是径向极化的圆管；一根应力螺杆将这3 部分紧紧压牢。
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如何改善超声波的焊接效果,超声波焊接常见质量问题解决方案
超声波焊接大致上由超声波机、超声波参数、超声波定位夹具和产品四个基本元素构成。对于超声波焊接生产中常见的工艺问题，我们可以通过以下几点来进行改善。
(1)改善超声波焊接夹具
超声波焊接夹具主要起定位及承载的作用对于具有复杂三维曲面形状及加工精度要求高的产品，对超声波夹具的加工精度则有较高的要求。焊接夹具与被焊接的产品的角度或弧度不吻合时易造成产品焊接后发生变形一般夹具材料为铝合金，夹具按待焊产品仿形加工后，还需要通过微调来改变夹具的固有频率，使其频率与超声波焊接机配合使用时焊接效果较佳，此类夹具一般需委托超声波焊接机厂家或声学研究所加工
超声波焊接模具
易震裂、震断的产品，焊接夹具宜采用软性树脂或覆盖软木塞等缓冲设计。不易震断的产品，通过对超声波焊接夹具表面处理可以提升焊接质量。
(2)调节超声波焊接条件
超声波作业的条件是指机器的输出功率、压力、焊接时间、硬化时间、延迟时间等诸元素的设定通过优化超声波作业的条件往往能获得理想的焊接效果。
在实施超声波焊接时，如果压力太大，气缸下降缓冲太快，易把超声波焊接线压平，虽然产品看似己经密合，但因焊接线己经受挤压而下陷，失去了焊接效果，形成塑料零件面与面的强迫焊接，而非三角形点的导引焊接，所以产生焊接假象。
超声波参数
(3)优化超声波焊接线
产品焊接线设计不合理，产品在超声波焊接过程中因受到压力而发生滑移，从而造成产品偏位或者，焊接线在设计时可能没问题，但由于焊接线部位的加工精度不足，导致尺寸不一也可能发生此类问题故在模具加工时至少要求焊接线对称，高度一致要使产品达到外观的功能时，定位与超声波焊接线是成败的重要关键。
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超声波焊接时噪音大怎么办
超声波塑料焊接机基本由电控系统、气动加压系统以及声学系统等组成。超声波焊接机声音的产生，主要集中在声学系统，还有一部分来源于气动加压系统。
气动加压系统中用过的气体回流到气动控制阀上的排气口排出时，会有较大的噪音产生，而加装的消声元件。其消声效果与一次排出气体的大小、多少、流速的快慢，以及消声器本身的漏隙大小有重要的因素关系。常一般的可把排气时的瞬时噪音降低20～35分贝左右，可以将声音降低到常人接受的效果。
超声波焊接机声学系统一般是采用15khz-40khz的频率范围，28khz以上频率在超声波焊接时是感受不到噪音的。频率20khz以下的机器会有刺耳的声波噪音。这些高频及低频振动（声音）有时会引起头疼、疲劳、甚至造成眩晕、恶心、呕吐以及听力下降等不良反应。
超声波塑料焊接机操作说明书
一． 超声波塑料焊接机工作原理：
热可塑性胶的超声波加工，是利用工作接面间高频率的摩擦而使分子间急速产生热量，当此热量足够熔化工作时，停止超声波发振，此时工件接面由熔融而固化，完成加工程序。
二． 超音波机构原理：
? ? 将220发，50hz转变为20khz的同压电能，利用振动子转换成机械能。如此的机械振动，经由传动子，焊庆传至加工物，并利用空气压力，产生工作接面之摩擦效果。振动子和传动子装置在振筒内，外接焊头，利用空压系统和控制回路，在事先设定之条件下升降，以完成操作程序。
三． 组件功用说明：
1. 延迟时间设定：调整开始发振时间，在按下启动开关后0到30秒开始发振。
2. 熔接时间设定：调整熔接时间长短，在延迟时间结束后发振0到30秒之范围。
3. 硬化时间设定：调整发振终了工作物熔融处冷却定型时间在0到30秒之范围。
4. 计数器：工作循环次数记录用，附有归零压扣。
5. 调整及压力表：工作压力之指示及调整设定用。
6. 音波调整：调整振动子系与发振回路之共振匹配，合转换效率达到理想。
7. 振幅表：显示音波空载功负载工作之振幅强弱。
8. 电源开关及灯：电源开关之控制及电源指示。
9. 过载指示：灯亮则音波过载，不正常，要做音波调整，至过载载灯不亮为止。
10. 焊头下降开关：打开焊头下降，关闭焊头上升。
11. 下降速度调节：调节焊头下降速度。
12. 上升速度调节：调节焊头上升速度。
13. 启动为双手启动（同时按下两个绿波开关），中间的红波开关为紧急停止开关。
14. 微调螺丝：在熔接熔化快，或外形尺寸需时使用可限制焊头下降。
15. 机器因定氢手：合机器与支柱紧密固定用。
16. 输出电缆与插座：联接机器振动子系统与发振箱线路用。
17. 控制电缆及插座：联接机体控制单元与发振箱自动控制回路用。
18. 保险丝座：电子线路之过载保护。
19. 空气清净器：空压工作之气滤水份用。
四：机器安装法：
1. 将熔接机放置于作业台上，将发振箱放置于机体附近操作员易于观察及调整之处。作业台需可承爱150公斤之力，高度约600到800mm，且不可放置在潮湿的地方。
2. 接地是：将地线一端接地，另一端接于机器上。
3. 发振箱与机休联结：将机体之输出电缆插头及控制电缆插头接于发振箱插座上。
4. 接空压源：将高压气管引清净干燥之空压源与熔接机体上空气滤清器入口相连。
5. 接电源：发振箱后面之电源线及插头，请接上ac220v,50khz电源。
五：音波检查与调整：（此操作需人员调整）
1． 打开电源，按音波调试开关（不要超过3秒，避免损坏振动子），旋转频率调整旋钮，将电流表指针调至低点，调整时如指针不降而升，则反方向旋转，反之亦然。调至指针小位置，小点如超出电流表2个小格，则表示故障发生，不可操作，需开箱检查。
2. ?功率调节：一般情况下，功率档位都处于较低档位，如果焊接力度不够，才由低档位升至高档位，此调节要同频率调节配合
六：各部调整及熔接前准备工作：
1． 装焊头：先用酒精或汽油将焊头及焊头螺丝清洗干净，再将焊头逆时针接入传动子上拧紧。按音波调试，将电流调试到低点。注意：焊头与传动子结合面若有损伤，超声震动知传达效果会衰减，应注意保养。
2． 接入空压机气源，并将气压表调整到2-5mpa之间。
3． 参照工作物状态，放置底模和焊接物品，按下降开关，摇动升降手轮至一定高度（视模具而定），确定上模接触焊接物品。锁紧机身升降手柄。固定底模。
4． 按上升开关。
七：熔接操作：设定延迟，熔接，及硬化时间
1. 完成上述之各部调整及熔接前准备后，放上产品，按启动开关进行侧试熔接。
2. 观察工作状况及熔接后工作物形态，再调整焊头，底模并重新设定工作压力，熔接时间，再试熔，重复调整至工作物理想熔接条件。（延迟时间，硬化时间之设定，从较长时间递减设定到理想条件，熔接时间之设定，则须由小而大渐增方式设定）。
3. 设定到理想熔接条件后，即可从事作业生产。
八:熔接动作说明：
1． 焊头下降：在发振箱导入电源及气压源接通后，按下底座之两个启动按钮。焊头即下降。
2． 延迟时间：按下启动开关后延迟时间计时器即开即计时。
3． 熔接时间：延迟时间计时结束之同时熔接时间计时器即开始计时，振动子同时发振熔接。
4． 硬化时间：熔接时间计时结束之同时硬化时间计时器即开始计时。
5． 焊头上升：硬化时间计时结束焊头随之上升，计数器即累计一次，完成一次循环却作。
九：注意事项：
1. 本机请勿置于潮湿及多水或过热之场所，机器上方勿放置流体物，平时注意整洁，随时擦拭，但不可使用液体清洗。
2. 人体请勿重压于发振之焊头，以免灼伤，自动操作中遇危险请按紧急停止按扭。
3. 音波检查在无负荷时，振幅表勿超过2ma，超过时请调整音波调整螺丝，若经调整仍不能降至2ma以下，则可能焊头或机台有异常，请连络本公司处理
4. 接音波检查开关以间歇方式按下，勿连续按超过三秒以维振动子寿命。
5. 本机的振动子及发振机内有高压线路，除了外部作业调整之外，使用客户请勿做机内之维护。
6. 焊头本身是依熔接物来决定，且必须配合振动系统之共振，所以焊头应使用本公司设计制造的产品，以免损害振动系统。
7. 空压源注意清洁，本机之空气滤清器内若有水请随时排除，如水份过多时则须时常清理空压机之水份。
上海皇润超声波技术有限公司是一家集研发、生产、销售、服务一体化的超声波设备制造企业。多年来，公司坚持以人为本，科技创新，公司现有80多名员工，设计管理人员20余人；同时公司不断引进国外先进的设备和科学技术，实现了产品科技化和人性化的完美结合。精湛的工艺，稳定的性能，稳重又不失时尚的外形，为超声波市场提供了源源不断的精品。
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