智能型超聲波焊接機(jī)

智能型超聲波焊接機(jī)

  產(chǎn)品詳細(xì)介紹：

智能型超聲波焊接機(jī)特點(diǎn)：

a.頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)，自動(dòng)適應(yīng)超聲波模具頻率，電腦時(shí)刻掃面超聲波振動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)校正機(jī)器的工作參數(shù)，使超聲波焊接始終穩(wěn)定可靠；

b.超聲波振幅0%--99%無級(jí)可調(diào)，適應(yīng)焊接不同的產(chǎn)品類型；

c.超聲波頻率顯示

d.脫模功能，有些產(chǎn)品焊接后會(huì)粘附在上模工作面上，脫模功能可以解決；

e.多重保護(hù)功能，頻率保護(hù)；電流保護(hù)；相位保護(hù)；斷線開路保護(hù)；為你的焊機(jī)保駕護(hù)航。

智能型超聲波發(fā)生器，數(shù)字電路超聲波發(fā)生器。

2 焊接過程分析

為了獲得焊接過程的內(nèi)在規(guī)律,智能型超聲波焊接機(jī)，電腦型超聲波焊接機(jī)利用自行研制的能量模式控制的超聲焊機(jī)數(shù)據(jù)采集口對(duì)焊接過程的功率變化進(jìn)行了測(cè)量研究。圖1 是一個(gè)典型的焊接過程中經(jīng)過濾波后的聲學(xué)系統(tǒng)功率輸出曲線。觀測(cè)到的這種功率變化規(guī)律與文獻(xiàn)[2 ]焊接階段推理是一致的。如圖2 所示,該文將焊接過程分為四個(gè)階段:階段1 ,由于超聲振動(dòng)所致的界面摩擦使導(dǎo)能筋首先熔化,并在壓力作用下鋪展,隨著熔化進(jìn)行,熔化率變慢;階段2 ,上下工件開始接觸,熔化率趨于穩(wěn)定,熔融物分布面積逐

漸增大;階段3 ,該階段的特點(diǎn)是:穩(wěn)態(tài)熔化,界面間的溫度分布趨于均勻,并形成了一定厚度的熔融物。階段4 ,在焊頭振動(dòng)停止的瞬間,大量的熔融物擠出,接頭在壓力作用下凝固。本文獲得功率曲線反應(yīng)了上述的階段信息,開始階段導(dǎo)能筋處于固態(tài),阻抗較大,使焊機(jī)輸出較大功率。隨著導(dǎo)能筋的熔化,接頭阻抗迅速下降,焊機(jī)輸出功率降低,隨著導(dǎo)能筋的逐漸熔化,上下工件接觸面積增大,接頭的聲阻抗迫使焊機(jī)輸出更大的功率。

3 質(zhì)量控制對(duì)焊接壓力的要求

研究表明,目前智能型超聲波焊接機(jī)，電腦型超聲波焊接機(jī)超聲波塑料焊機(jī)的主要控制參數(shù)有焊接壓力、焊接時(shí)間、輸入功率(焊頭振幅) 、焊頭行程等因素對(duì)接頭強(qiáng)度的影響。幾乎所有研究工藝的文獻(xiàn)均表明,焊接壓力對(duì)焊接質(zhì)量有較大的影響。即認(rèn)為對(duì)于一個(gè)特定的焊接(包括焊機(jī)及工件) 存在一個(gè)焊接壓力[3 ] 。當(dāng)然該規(guī)律是在傳統(tǒng)焊機(jī)的壓力不變的模式下獲得的。實(shí)際上,這種壓力并不能使接頭性能達(dá)到,因?yàn)樵谡麄€(gè)焊接過程中,焊接接頭變化經(jīng)歷熔化開始、鋪展、熔融層形成、熔融物擠出及接頭凝固等幾個(gè)階段。而每個(gè)階段對(duì)壓力的作用要求也不盡相同。在焊接(超聲能量輸出) 階段,焊接壓力過小可能會(huì)導(dǎo)致焊頭與工件接觸不好,聲傳遞效率較低;同時(shí)壓力過小也會(huì)導(dǎo)致界面導(dǎo)能筋熔體的流動(dòng)變?nèi)?對(duì)熔體鋪展不利,從而導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降。若壓力過大會(huì)導(dǎo)致熔體的高速流動(dòng),一方面導(dǎo)致接頭分子間的橫向排列,另一方面也會(huì)由于接頭局部過熱造成內(nèi)部熔體向邊緣的噴濺,形成嚴(yán)重缺陷,從而導(dǎo)致接頭質(zhì)量下降,因而在傳統(tǒng)焊接控制模式中必然會(huì)存在一個(gè)焊接壓力。盡管不同材料對(duì)這種強(qiáng)度———壓力極值特性反應(yīng)比不同,但這一規(guī)律具有普遍意義。可見壓力一方面影響著接頭產(chǎn)熱及熔體流動(dòng)行為,一方面也影響著接頭冷卻凝固特性。在一次完整的焊接過程中,壓力在超聲停止后仍然保持,以使接頭良好融合凝固。在此階段,接頭表現(xiàn)為壓力下的結(jié)晶行為,尤其在凝固的后半階段,這種壓力下結(jié)晶特性更為顯著。壓力影響著熔體的過冷度以及結(jié)晶度。另一方面壓力又充當(dāng)凝固焊縫的拘束條件,從而影響著接頭的強(qiáng)度。可見壓力對(duì)接頭強(qiáng)度具有較大的影響,而且這一影響貫穿于焊接過程中的焊接/ 保壓兩個(gè)階段。要獲得良好的接頭性能,僅僅控制時(shí)間、能量或焊頭行程是不夠的,因此本文提出了變壓力控制技術(shù),即在焊接過程中變化壓力,使得焊機(jī)能夠給出的壓力變化曲線,從而用于優(yōu)化焊接過程。

4 焊機(jī)變壓力控制系統(tǒng)

研制的智能型超聲波焊接機(jī)，電腦型超聲波焊接機(jī)超聲波塑料焊接機(jī)如圖3 所示,變壓力控制技術(shù)是在能量控制模式焊機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該焊機(jī)由氣動(dòng)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器及微機(jī)控制系統(tǒng)組成。超聲波塑料焊機(jī)的能量模式控制在我們實(shí)驗(yàn)室研究開發(fā)得較早。在1993 年即已實(shí)現(xiàn)了采用單片機(jī)MCS- 51 的能量模式控制[4 ] 。在能量模式下,設(shè)置了時(shí)間窗口,如圖4 所示。焊接時(shí)間的過大(超過tmax) 和過小(小于tmin) 均表明焊機(jī)工作不正常、或焊接質(zhì)量難以保證,在時(shí)間模式中做不到這一點(diǎn)。因?yàn)樵跁r(shí)間模式中,無論焊接狀況如何,一次焊接過程都會(huì)在預(yù)定時(shí)間后結(jié)束,不具備質(zhì)量柔性控制。實(shí)驗(yàn)表明,能量模式對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)壓波動(dòng)、氣壓波動(dòng)以及工件參差不齊、裝配不好具有較好的補(bǔ)償能力,因而比傳統(tǒng)焊機(jī)的時(shí)間模式更容易保證質(zhì)量。為了保證焊機(jī)的有效控制和功能擴(kuò)展,我們近年對(duì)焊機(jī)采用了PC 機(jī)控制[5 ] ,使得控制功能明顯加強(qiáng)。在焊接過程中,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)利用電流、電壓傳感器,獲得輸入到換能器的電流電壓信號(hào),通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理獲得有效輸入功率,同時(shí)獲得聲學(xué)系統(tǒng)的輸入能量。將此能量與由試驗(yàn)獲得的能量相比較,來控制焊接過程,使得焊接過程在能量輸入時(shí)刻停止,以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。同時(shí)由壓力傳感器獲得氣缸中的壓力信息,從而實(shí)現(xiàn)壓力的優(yōu)化控制。

微機(jī)控制系統(tǒng)硬件包括傳感器電路、信號(hào)提取電路、A/ D、D/ A 電路、I/ O 控制接口電路和工業(yè)PC 機(jī)等組成。其中A/ D、D/ A 及I/ O 接口電路采用了HY8071多功能數(shù)據(jù)采集板,既提高了采樣速度,又增強(qiáng)了系統(tǒng)與PC 主機(jī)接口的通用性。整個(gè)焊機(jī)硬件系統(tǒng)如圖5所示。

壓力控制的核心是壓力實(shí)現(xiàn)系統(tǒng),如何快速實(shí)現(xiàn)壓力的變化是本項(xiàng)研究的關(guān)鍵。所以選用了日本SMC的VEP312 壓力控制型電器比例閥,同時(shí)配以VEA250型電源,該系統(tǒng)能夠?qū)毫Φ霓D(zhuǎn)換快速響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)研究表明,在超聲波塑料焊接常用的工藝范圍內(nèi),如焊接壓力由P = 1. 0bar ～ 1. 5bar 之間躍變響應(yīng)時(shí)間小于60ms。這個(gè)時(shí)間是很短的,是一般焊機(jī)焊接時(shí)間(10s) 的016 %或保壓時(shí)間(1s) 的6 %。可見電氣比例閥的這種響應(yīng)特性*可滿足智能型超聲波焊接機(jī)，電腦型超聲波焊接機(jī)超聲波焊接的變壓力

控制技術(shù)的要求

PS 材料(焊縫接觸面積為2154mm ×50. 8mm) 進(jìn)行了焊接,在450J 輸入能量、焊接壓力為P = 1. 5bar、保壓時(shí)間012s 的條件下,保持壓力降低(傳統(tǒng)焊機(jī)的保持壓力等于焊接壓力) ,使得焊件周圍的噴濺產(chǎn)物減少,表明壓力的變化改變了界面熔體的流動(dòng)行為,從而使得焊接接頭的焊接壓力優(yōu)化成為可能。由于VEP312壓力控制型電氣比例閥可以實(shí)現(xiàn)壓力的無級(jí)調(diào)節(jié),因而可以實(shí)現(xiàn)焊接全過程的壓力優(yōu)化控制。在上述硬件基礎(chǔ)上,進(jìn)一步的壓力優(yōu)化曲線的工藝試驗(yàn)正在進(jìn)行,有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果將在以后討論。

5 結(jié)論

(1) 在智能型超聲波焊接機(jī)，電腦型超聲波焊接機(jī)超聲波塑料焊接過程中,接頭界面經(jīng)歷熔化開始、鋪展、熔融層形成、熔融物擠出及接頭凝固等幾個(gè)階段。這與本文獲得功率變化規(guī)律是一致的。

(2) 對(duì)焊接過程的分析表明,焊接壓力決定了焊機(jī)的輸出功率、影響接頭熔體的流變行為和凝固行為,因而影響著焊接質(zhì)量。

(3) 利用VEP312 壓力控制型電器比例閥實(shí)現(xiàn)了焊接過程中的壓力無級(jí)調(diào)節(jié),為實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量的壓力優(yōu)化控制奠定了硬件基礎(chǔ)。