超声波焊接机的工作原理是什么

一、核心底层逻辑（能量转化与材料结合本质）

1. 能量形式转化：工频电能（220V/380V，50/60Hz）→ 高频电信号（20-150kHz）→ 高频机械振动（振幅 3-100μm）→ 摩擦热能（局部温度达材料熔点 / 塑性变形温度）。

2. 材料结合原理：

• 塑料：摩擦热使接触面塑料熔化，形成熔池，冷却后分子链相互缠绕，实现 熔合连接。

• 金属：高频振动 + 压力使接触面金属发生塑性变形，破除氧化层，暴露新鲜金属表面，原子相互扩散形成 冶金结合（类似冷焊原理，无明显熔化）。

• 无纺布：振动使纤维热熔后相互交织，冷却后形成点状 / 线状焊缝，实现 机械嵌合 + 热熔结合。

二、四阶段工作流程（以日本精密机型为例，含参数细节）

1. 阶段 1：加压定位（准备阶段，0.1-1 秒）

• 动作：焊头在气缸 / 伺服电机驱动下下降，与待焊工件接触，施加预设压力（塑料 0.1-1MPa，金属 0.5-5MPa）。

• 核心目的：

• 确保焊接界面紧密贴合，消除间隙（间隙会导致振动能量损耗，焊接不牢固）。

• 定位工件，避免振动时位移（日本机型通常搭配高精度治具，重复定位精度 ±0.01mm）。

• 参数示例：本田 UW-4000 塑料焊接机，加压压力 0.3MPa，加压时间 0.2 秒。

2. 阶段 2：振动摩擦（能量输入 + 生热阶段，0.05-5 秒）

• 动作：高频电信号驱动换能器产生振动，经变幅杆放大后传递至焊头，焊头以 20-150kHz 频率、3-100μm 振幅高速振动，带动工件接触面剧烈摩擦。

• 生热机制：

• 宏观摩擦：工件接触面凹凸不平，振动时相互刮擦，产生表面摩擦热。

• 微观摩擦：分子链 / 原子在高频振动下剧烈碰撞，产生内摩擦热（占总热量的 60-80%）。

• 温度控制：局部温度快速升至目标值（塑料：熔点 ±50℃，如 PP 熔点 167℃，焊接温度 200-220℃；金属：铝塑性变形温度 300-400℃，无明显熔化）。

• 日本机型技术亮点：Amada Miyachi UPX 系列金属焊接机支持 能量闭环控制，实时监测焊接能量，达到预设值后自动停止振动，避免因工件尺寸偏差导致焊接过度 / 不足。

3. 阶段 3：保压冷却（固化阶段，0.5-3 秒）

• 动作：振动停止，焊头保持压力不变，持续按压焊接界面。

• 核心目的：

• 使熔化 / 塑性变形的材料在压力下冷却固化，形成致密的接头（塑料熔池冷却速率约 100-500℃/ 秒，金属塑性变形区冷却速率约 500-1000℃/ 秒）。

• 避免接头在冷却过程中产生收缩裂纹或气孔（日本机型如精电舍 USW-6000 配备红外测温模块，实时反馈冷却温度，动态调整保压时间）。

• 参数示例：Nippon Avionics UA-1500 高频精密机型（150kHz），保压时间 0.8 秒，保压压力 0.4MPa，确保微型接头（如芯片引脚）固化充分。

4. 阶段 4：复位待命（结束阶段，0.1-0.5 秒）

• 动作：焊头抬起，回到初始位置，工件完成焊接，可取出或进入下一道工序（自动化生产线中，机械臂会自动转移工件）。

• 日本机型优势：采用伺服电机驱动的焊头复位机构，复位精度 ±0.005mm，支持连续批量生产（产能可达 1000-10000 件 / 小时）。