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超声波塑料焊接机的噪声与控制
发布时间:2021-11-24浏览次数:34

尼可超声波塑料焊接机的噪声与控制分析
超声波塑料焊接以其快捷、卫生、强度高、控制方便等优点受到广泛关注。超声波塑料焊机的工作频率一般为20kHz。对于小型零件和精密零件的焊接,也采用30~40KHz、75khz、300kHz等。虽然这些焊机的工作频率已经超过了人耳的听阈(16KHz),但由于超声波焊接使用高频振动产生热量,这种振动必然引起低频振动的激发和谐波的产生,导致可听噪声的存在。研究表明,这些高频和低频振动(声音)有时会导致头痛、疲劳,甚至出现头晕、恶心、呕吐和听力丧失等不良反应。本文结合实际的焊接研究工作,探讨了超声波塑料焊接过程中产生噪声的主要原因及可能的预防措施𞓜
塑料超声波焊接机
超声波焊接利用高频振动来获得焊接效果,因此在超声波产生、传播、放大和聚焦的过程中,所有不合适的地方都会产生噪声。超声波焊机基本上由电控系统、增压系统和声学系统组成。噪声主要产生于声学系统,部分来自加压系统。声学系统主要由换能器、喇叭和焊头组成。传感器将电能转换为机械能,然后喇叭被放大,最后通过与焊接件几何形状匹配的焊接头传输到焊接件。上述机械能在焊件接头处转化为热能,使塑料在压力作用下熔化形成接头。在这一系列过程中,声波的传播不在焊接件处停止,而是通过底座。所有这些声波传输可能是噪声源
噪声产生
声学系统自身匹配
声学系统(传感器、喇叭和焊头)通过螺栓连接,这需要谐振操作和阻抗匹配。然而,由于声学设计的粗糙性,很难实现完全的阻抗匹配。目前,最好的设计是理论加经验。当三者不匹配时,界面处会出现能量耗散和振动不一致,从而产生噪声。此外,在实际设计过程中,考虑到振幅变换和阻抗匹配,有时三者的连接尺寸不同(直径不等),暴露的接口将被用作噪声源,将超声波能量辐射到空气中
声学系统夹持,
用于超声波焊接压力是一个必要且非常重要的工艺参数。首先,必须有压力,以引起工件的接触和声波的耦合。更重要的是,压力决定了接头的发热、强度和应力状态。通常,焊接压力由框架提供,声学系统的入口点位于声学系统的振动节点上。一般在喇叭上选择,此时的振动速度理论上为0。然而,当设计不当或焊接过程中声学系统的频率随工作条件变化时,喇叭的节点会漂移。此时,夹紧点的振动速度不等于0。一方面,这降低了声音传输效率。另一方面,高频振动从夹紧点引入机架,激发相关振动,产生噪声。
声学系统尺寸
焊头的功能是将声能有效耦合到焊接工件中。因此,其形状和尺寸不仅直接关系到焊机的使用频率,而且与工件上表面的几何尺寸密切相关。例如,对于电话手柄和大环的焊接,这些焊接所需的焊接头尺寸通常较大(大于波长的1/4)。此时,在纵波传播过程中,必须激发横向振动,产生混合振动。这种振动容易产生噪音。有时,大型环缝焊接的空心焊头发出的空心声音也是噪声的主要来源。
工件的设计
工件的空间形状也会影响噪声的产生。研究发现,在焊接过程中,如果超声波传播路径中断,将局部产生自由端面振动,这非常有利于噪声的产生。此外,对于薄壁零件(特别是远距离焊接,即焊头远离接头位置),不仅存在纵向振动,而且接头处存在较大的横向位移。
机架底座和工件固定
底座也是焊机的关键部件其质量直接影响到焊机的效率和噪声水平。在焊接过程中,工件有时会相对滑动,不仅影响焊件的外观质量,而且会产生较大的噪声。因此,需要更好的固定装置和弹性缓冲器。特别是对于难度较大的焊接材料和焊接功率,这种振动噪声更为明显。
噪声防护
噪声来自于焊机的声学系统和焊接件。因此,为了减少噪声污染,需要进行合理的声学系统设计和接头形式设计。对于声学系统,一方面需要弹性固定夹紧点,同时需要声学系统的部件以及它们之间的平滑过渡;另一方面,应尽量减少声学系统谐振频率的变化。对于大型焊头,需要在焊头上切割纵向狭缝,以减少横向振动引起的噪音。对于焊接件,应尽量减少远程焊接的接头形式,并尽量避免在传声通道上的工艺孔。事实上,降低噪音最有效的方法是完全关闭焊机或焊接区域,这样可以将噪音降低几十分贝。
超声波焊接是有效的焊接方法,但噪音问题应引起注意。噪声的主要原因是声学系统和焊接件设计不合理。因此,对于声学系统,应尽量采取平滑过渡、弹性夹紧、大焊头开槽等措施,以减少声能的向外辐射。对于工件,应注意尽量避免声音中断或远程焊接。在工作现场通过焊接机密封或隔音也可以减少噪音污染。

环保隔音罩式超声波焊接机.jpg

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