热塑性塑料超声波焊接恒振幅控制分析.pdfVIP

第～次全国焊接会议论文集 热塑性塑料超声波焊接恒振幅控制分析 喻力；滨工业大学现，e如接生产挫术固家隶点实验童 闫久春张宏坤橱士勤 摘要夺立通过机4i英2E分析确定了控制超声拯能器输出振幅的电参数，分析比较了超声 换能器恒流匹配电路．州矗j]|5}【抗叟执理论对搬能器的串联匹配}扭路进行了分析，指出当匹配 电路电参数数值魅择台理¨换能器输出振幅才能保持稳定．日此结果得到了实验验证． 荚蕞词，趣声波焊接，jI}}塑性塑料、振幅控制 O前言 超声焊接的主要工艺参数肖：焊接时间、保口；时间、焊接压力和振幅。焊接所用的振 幅是‘个很重要的工艺参数。j女将振动能量输入剑焊件中去，高而稳定的焊接振幅是非常 必要阿”。i。圈为挨能器本身：々输Ⅱ：，J人砌振幅低，在达到焊头前必颁加以机械变幅放大， 而超，h振j‰的恒定主要靠发‘}：姑的F也参数米控制。本文通过机电类比分析确定了控制超卢 换能器输出振幅的电参数，砹≯了换能器的串联匹配电路，并采用阻抗变换理论对稳定换 能器辅出振幅的串联匹配电jl!各j!钉了分析。 l振幅恒定控制电参数的确定 趋卢换能器是发生器的负毁，发生器的输出功率、频率、电流和电压等电参数都对换 能器的振动状态有影响。为控制振幅，茸先必须揭示换能器输出振幅与发生器各输出电参 f‰玛m ¨ 蚓1 n、·!陶瓷换能器的簟效电踏斟 2一S18 第九次全国焊接会议论文集 数之!司的关系。 图1是压电陶瓷换能器在功率超声r作状态下的等效电路图．圈中，R【为负载阻：Rm 为机械损耗阻：民为换能器结构中其他附尼龃：R。压电陶瓷内介Ib损耗旧(阻值很大一般 忽略不计)，C为换能器动态电容：m为换能器动态电感；Co为换能器静态电容p】。功率方 程为川 e《阱飒，{t+斋l詈一剖{㈣ 式中P；为换能器机械功率；孝。为换能器输出速度振幅。在换能器吲有谐振颇章点上，即 珊=05，时，换能器输出机械功率为 只=掌：R。。(2j 当换能器处于谐振状态时，其机械臂可以近似为纯电阻R，则换能器消耗电功率为 Jp。=I。2．R (3) 式中I。为流过拯能器机械臂的电流。 对于同一个换能器有：P。=PE，由式(2)和式(3)得： 厂矿 岛2、／意‘” ‘4’ 一般地，RL》Rm+Rl所以RL。R’。由机电类比理论可知．超声换能器负载阻RL 与其电阻R成正比例芙系，由式(4)知，超声换能器输出速度振幅舌。，与其机械臂电流1。 也成正比例关系，如果换能器机械臂电流Ii,1．陋定．其输出速度振幅孝。：就恒定a又因换能 器输出振幅A=舌。，／fr．在焊接过程中超声换能器谐振频率变化很小，g-g／，换能器输出 振幅就可以保持瞳定。 2恒流控制的设计与分析 一般恒流控制的方法是通过检测被控电流的变化，调节j|乍在PWM脉宽调制状态下 电路的驱动脉宽，以改变输出电压的有效值和负载的功率。从I力率转换电路出来的是交变 的具有一定占空比的方波，当控制角变小时，高次谐波所占比例!女加．基波所占比例减小。 这样会降低换能器的_[作效率。 压电陶瓷换能器需要较大的激励电压才能振动起来，为此必须为换能器提供匹配嘲 络。按电工学原理有两种谐振匹配电踏，一种是可以提高电源的才联匾酣电路：一种是可 以提高电压的串联匹配电路，{H晶然，列了趣声换能器采Ⅲf}鞭匹雕fb路是比较合适的。 第九次全国焊接会议论文集 L C’ (a) (b) 图2超声换就器串联匹配电路的阻抗变换 根