Wie wird die Wärme der Ultraschallschweißmaschine erzeugt?

Die Ultraschallschweißtechnologie hat die Vorteile von Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und einfacher Automatisierungsintegration und ist eine gängige Technologie für das Kunststoffschweißen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmequellen, die Wärme in direktem Kontakt mit Kunststoff erzeugen, erzeugen Ultraschall-Kupferverbindungen Wärme durch Sprühen.

1. Amplitude, Frequenz und Wellenlänge

Beim Ultraschallschweißen breiten sich Longitudinalwellen mit hohen Frequenzen aus, was zu mechanischen Vibrationen mit geringer Amplitude führt. Die elektrische Energie der Schweißmaschine wird für die Hin- und Herbewegung in mechanische Energie umgewandelt. Um die Beziehung zwischen Amplitude, Frequenz und Wellenlänge und ihre Beziehung zur Wärmeerzeugung zu verstehen, müssen wir die Hauptkomponenten eines Ultraschallschweißgeräts identifizieren.

Die Hauptkomponenten eines Ultraschallschweißgeräts sind eine Stromquelle, ein Wandler, ein Amplitudenmodulator (manchmal auch als Amplitudenwandler bezeichnet) und ein Schweißkopf. Der Generator wandelt ein 50-60Hz-Netzteil mit einer Spannung von 120V/240V in ein 20-40kHz-Netzteil mit einer Spannung von 1300V um. Diese Energie wird in den Sensor eingespeist, der die elektrische Energie mithilfe einer scheibenförmigen Piezokeramik in mechanische Schwingungen umwandelt, die bei Durchleitung eines hochfrequenten Stroms eine Dehnungsverschiebung erzeugt.

Der Wandler überträgt die Schwingung auf den Amplitudenmodulator. Der Amplitudenmodulator verstärkt die Amplitude der Ultraschallwellen und überträgt sie weiter an den Schweißkopf. Die Lötspitze verstärkt weiterhin die Amplitude der Ultraschallwellen und kontaktiert das Bauteil.

The energy is transferred to the welding rod locations of the two parts of the assembly. Since the electrode is designed to be a point where energy is concentrated, friction generates heat under pressure. Heat is generated by friction between the upper and lower surfaces of the material and between the molecules within the material. The heat from the friction melts the upper and lower parts and joins them together at the welding location.

2. Know the heating rate

For the same material, three factors determine the heating rate: frequency, amplitude and welding pressure. For existing devices such as 15Khz, 20Khz, 30khz or 40Khz, the frequency is fixed. Therefore, the heating rate can usually be changed by the welding pressure. In general, the higher the pressure, the faster the heating rate. Also, you can change the amplitude, just like the pressure, the higher the amplitude, the faster the heating.

Of course, excessive pressure and amplitude can also adversely affect weld quality, such as material degradation, leaks, cracks and spills. Therefore, ultrasonic welding requires a process of process parameter optimization. After the welding process parameters are determined, the welding process can achieve stable output of high speed and high strength. This is why ultrasonic welding is widely used in mass production.

3. Time, distance, power and energy

The heat required for welding depends on the material type, weld design and equipment specifications. The traditional thermal control method is welding according to the time mode, that is, welding for a certain time, such as 0.2-1s (generally less than 1s). However, today's ultrasonic welding equipment often also allows setting and monitoring of welding distance, power and energy. Properly trained operators can also adjust parameters for consistent welding results based on actual conditions and different materials. This also greatly improves the flexibility and reliability of welding.