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超声波振幅的说明和物理意义,超音波熔接机振幅的控制与调整

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发表时间:2017-06-23 10:53作者:恒力信网管来源:深圳恒力信超声波设备有限公司网址:http://www.hlxcsb.com/
文章附图

超音波熔接机振幅通常指超声波换能器及变幅杆设备的振幅,其测量难点在于频率高和振幅小。频率20KHZ的超声波焊接机通常频率在19.5kHz ~21.5kHz之间,振幅在40μm~80μm之间。因为频率高,超出了绝大部分测量仪表的频率范围。振幅小,又对测量精度提出了很高的要求。常用的测试手段对它无能为力,故很难测量。一般只能用激光测振仪进行测量,能得到较好的结果。但激光测振设备价格昂贵,操作复杂,不要说一般生产单位,就是专业的研究设计单位也很少配备,根本不可能普遍应用。

  对任何超声波设备而言,都需要匹配关键的四个参数。即时间、频率、功率、振幅。其中前面的两个参数,控制、调整和显示都很方便,设备生产者和设备用户都比较了解,给予了足够的重视,也是设备日常操作中的调节参数。超声波振动的振幅(位移量)是超声波设备的关键指标,也是最难测量和最难理解的一个物理量。除了专家学者,不要说设备的使用者,甚至连大部分的设备生产者,也对它不甚关心。我们统计了绝大部分的超声波随机设备使用说明书,很少有关于超声波振幅的说明,包括振幅的物理意义、振幅的控制与调整。

  超音波熔接机振动的振幅直接代表了超声波输出能量的大小,也关系到相关材料的强度和整机的使用寿命。无论对于生产超声波设备的厂家或是使用超声波设备的用户,怎么强调它的重要性都不为过。

  对于超声波振动系统,从传递能量的角度说,主要的指标叫做超声波的声强I。它是指在垂直于行进波的传播方向上每平方厘米每秒所传递的能量,

I=1/2ρcω2ξ2

其中:ρ是材料的密度

C是材料中超声波传播的速度

ω是角频率

ξ是超声波振幅

显然,超声波振幅增大,超声波能量就以平方的关系成倍增大。


超声波焊接中有一个关键性的公式:E = P* T,其中E为能量,P为功率,T为时间。而功率为力和速度共同作用的结果,即P≈F*V,其中F为力,V为速度。而力来自压力和下降速度。而速度来自频率和振幅。

  振幅的定义是指焊头的端面在焊接时在长度方向上从一个最低端到一个最高端之间的距离。如图2所示。它对超声波焊接工艺的影响最大,在焊接面之间所产生的热量和振幅的平方存在关系。所以,振幅增加一点或减少一点所产生的影响比其它参数所产生的影响要大,因为焊接的结果被振幅的平方所放大,而比普通的增长影响要大。


 可以通过计算换能器、调幅器和焊头对振幅的放大系数来得到(放大系数为振幅的输出和输入的比值)。可以通过把换能器的振幅乘上调幅器和焊头的放大系数来得到焊接模块的最终振幅。即:输出振幅(焊接振幅)=换能器基础振幅*调幅器放大系数*焊头放大系数。使用调幅器,最后的振幅为20微米*2.5*2=100微米。如果使用绿色调幅器,最终的振幅为60微米。


不同的材料和焊接工艺,需要不同的振幅。需要注意的是下面为20KHz时的振幅经验数据,当频率不同时需要进行转换。

40KHz在经验数据上乘0.6,比如ABS在使用20KHz时所需的振幅为40微米,那在40KHz时为40X0.6=24微米。

30KHz在经验数据上乘0.8。

15KHz在经验数据上乘1.2。