JXZ系列智能型超聲波焊接機

結(jié)構(gòu)穩(wěn)固：采用流行的方鋼立柱結(jié)構(gòu)，減少了40%后傾 

環(huán)保：傳統(tǒng)超聲波焊接機立柱一般采用鋼管加工后表面電鍍工藝，采用先進(jìn)環(huán)保噴粉烘烤油漆。從而減少因電鍍對環(huán)境的污染 

高精度：普通超聲波焊接機臺采用圓柱雙環(huán)鎖結(jié)構(gòu)，機臺上下移動偏差大。

采用高精密機床燕尾槽

振幅分階功能

焊接振幅10%-100%可調(diào)（1%精度）

200V-240V恒穩(wěn)輸出

振幅補償

模具阻抗分析+保護(hù)

過載保護(hù)

電壓保護(hù)（輸入）

換能器電壓保護(hù)

品質(zhì)管理（時間、能量相互檢測）

焊接記錄（運行統(tǒng)計）

設(shè)備功率無虛假

4核32位處理器

485通訊

功能強大，品質(zhì)優(yōu)良，焊接穩(wěn)定型高

超聲波焊接設(shè)備技術(shù)參數(shù)

機型	JXZ-2015	JXZ-2020	JXZ-1522	JXZ-1526
輸出功率	1500W	2000W	2200W	2600W
頻率	20KHz	20KHz	15KHz	15KHz
輸入電壓	220VAC	220VAC	220VAC	220VAC
焊頭行程	75mm	75mm	75mm	75mm
焊接時間	0.01-9.99sec	0.01-9.99sec	0.01-9.99sec	0.01-9.99sec
氣壓	0.1-0.7Mpa	0.1-0.7Mpa	0.1-0.7Mpa	0.1-0.7Mpa
振頭冷卻系統(tǒng)	風(fēng)冷	風(fēng)冷	風(fēng)冷	風(fēng)冷
焊接面積	&170	&190	&200	&220

JXZ系列智能型超聲波焊接機特點：

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

b.超聲波振幅0%--100%無級可調(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，電腦型超聲波焊接機利用自行研制的能量模式控制的超聲焊機數(shù)據(jù)采集口對焊接過程的功率變化進(jìn)行了測量研究。圖1 是一個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階段:階段1 ,由于超聲振動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輸出更大的功率。

3 質(zhì)量控制對焊接壓力的要求

研究表明,目前智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機超聲波塑料焊機的主要控制參數(shù)有焊接壓力、焊接時間、輸入功率(焊頭振幅) 、焊頭行程等因素對接頭強度的影響。幾乎所有研究工藝的文獻(xiàn)均表明,焊接壓力對焊接質(zhì)量有較大的影響。即認(rèn)為對于一個特定的焊接(包括焊機及工件) 存在一個最佳焊接壓力[3 ] 。當(dāng)然該規(guī)律是在傳統(tǒng)焊機的壓力不變的模式下獲得的。實際上,這種最佳壓力并不能使接頭性能達(dá)到最佳,因為在整個焊接過程中,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階段。而每個階段對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導(dǎo)致焊頭與工件接觸不好,聲傳遞效率較低;同時壓力過小也會導(dǎo)致界面導(dǎo)能筋熔體的流動變?nèi)?對熔體鋪展不利,從而導(dǎo)致接頭強度下降。若壓力過大會導(dǎo)致熔體的高速流動,一方面導(dǎo)致接頭分子間的橫向排列,另一方面也會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存在一個最佳焊接壓力。盡管不同材料對這種強度———壓力極值特性反應(yīng)比不同,但這一規(guī)律具有普遍意義�？梢妷毫σ环矫嬗绊懼�接頭產(chǎn)熱及熔體流動行為,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度�？梢妷毫�對接頭強度具有較大的影響,而且這一影響貫穿于焊接過程中的焊接/ 保壓兩個階段。要獲得良好的接頭性能,僅僅控制時間、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,使得焊機能夠給出最佳的壓力變化曲線,從而用于優(yōu)化焊接過程。

4 焊機變壓力控制系統(tǒng)

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

微機控制系統(tǒng)硬件包括傳感器電路、信號提取電路、A/ D、D/ A 電路、I/ O 控制接口電路和工業(yè)PC 機等組成。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,又增強了系統(tǒng)與PC 主機接口的通用性。整個焊機硬件系統(tǒng)如圖5所示。

壓力控制的核心是壓力實現(xiàn)系統(tǒng),如何快速實現(xiàn)壓力的變化是本項研究的關(guān)鍵。所以選用了日本SMC的VEP312 壓力控制型電器比例閥,同時配以VEA250型電源,該系統(tǒng)能夠?qū)�壓力的轉(zhuǎn)換快速響應(yīng)。實驗研究表明,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)時間小于60ms。這個時間是很短的,是一般焊機最大焊接時間(10s) 的016 %或最大保壓時間(1s) 的6 %。可見電氣比例閥的這種響應(yīng)特性完全可滿足智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機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、保壓時間012s 的條件下,保持壓力降低(傳統(tǒng)焊機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現(xiàn)壓力的無級調(diào)節(jié),因而可以實現(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)化曲線的工藝試驗正在進(jìn)行,有關(guān)的實驗結(jié)果將在以后討論。

5 結(jié)論

(1) 在智能型超聲波焊接機，電腦型超聲波焊接機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階段。這與本文獲得功率變化規(guī)律是一致的。

(2) 對焊接過程的分析表明,焊接壓力決定了焊機的輸出功率、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現(xiàn)了焊接過程中的壓力無級調(diào)節(jié),為實現(xiàn)焊接質(zhì)量的壓力優(yōu)化控制奠定了硬件基礎(chǔ)。