Акустический узел: преобразователь, бустер и сонотрод

Между высокочастотной электрической энергией, выходящей из генератора, и механическими колебаниями, доходящими до детали, последовательно стоят три элемента. Вместе их называют акустическим узлом.

Преобразователь: электричество в колебания

Преобразователь содержит диски из пьезокерамики, которые под приложенным высокочастотным напряжением расширяются и сжимаются, порождая механические колебания. Это ступень преобразования энергии.

Амплитуда, которую даёт преобразователь, невелика и сама по себе недостаточна для сварки. Его задача — преобразование, усиление идёт дальше.

Бустер: усиление и крепление

Бустер стоит между преобразователем и сонотродом и служит двум целям.

Усиление амплитуды. Его концы имеют разное поперечное сечение, и колебания, переходя из большего сечения в меньшее, увеличивают амплитуду — прямое следствие сохранения энергии. Отношение этих сечений и задаёт коэффициент усиления.

Место для зажима. Колеблется весь узел, и удерживать его можно только в точке нулевых перемещений — в узле колебаний. Середина бустера — как раз такая точка, и монтажное кольцо в головке зажимает его именно там. Без бустера у акустического узла нет подходящего места крепления.

Сонотрод: последнее усиление и подвод

Сонотрод контактирует с деталью напрямую. Его форма повторяет контур детали и при этом даёт собственное усиление.

Конструкция сонотрода должна удовлетворять трём требованиям сразу: соответствовать детали, резонировать на рабочей частоте и удерживать амплитуду достаточно равномерной по всей рабочей поверхности. Эти требования ограничивают друг друга, поэтому сонотроды проектируют под задачу, а не подбирают приблизительно из складских запасов.

Почему частота должна совпадать

Все три элемента рассчитаны на половину длины волны, чтобы в последовательном соединении узел резонировал на рабочей частоте и эффективно передавал колебания.

Если резонансная частота одного элемента ушла — сонотрод сделан слишком длинным, изношен или сонотрод на 20 кГц поставлен на машину 40 кГц, — узел не может нормально резонировать. Симптомы: перегрузка генератора, отказ запуска или необычно резкий звук.

Поэтому три элемента нельзя комбинировать произвольно. Меняйте сонотрод на сонотрод той же частоты, а усиление меняйте сменой бустера, а не переточкой сонотрода.

Суммарное усиление

Общее усиление приблизительно равно произведению усиления бустера на усиление сонотрода. Чтобы поднять амплитуду, ставят бустер с бо́льшим усилением либо перепроектируют сонотрод: первое просто, второе означает новую оснастку.

Большее усиление не значит автоматически лучшее. Избыточная амплитуда повышает напряжения в сонотроде, сокращает его срок службы и делает более вероятными отпечатки и повреждение тонких стенок. Подходящее лучше максимального.

Частоты, диапазоны усиления и максимальные размеры сонотродов по машинам приведены на страницах раздела оборудование для ультразвуковой сварки. Чертежи деталей для проектирования сонотрода направляйте на 1427498429@qq.com, телефоны: +86 769 8202 9510 / +86 137 6001 0932.