口罩超声波焊接机的结构原理

自2019年底新冠肺炎疫情爆发以来，无论身在低风险还是高风险地区，只要在公共场所或乘坐公共交通，都会被要求佩戴口罩。以前口罩是大家平时生活中可有可无的东西，可现在却成了生活和防疫的必需品。疫情爆发初期，许多企业纷纷转行生产口罩，而作为生产口罩的配套设备——口罩超声波焊接机，也同样成了抢手货，一机难求。

口罩超声波焊接机一般由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器等组成。其中，超声波发生器是功率较大的超声波塑料焊接机，发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路，使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。功率在500W以上的超声波塑料焊接机所用发生器采用自激式功率振荡器，也具有一定的频率跟踪能力。超声波焊接机作为口罩机的核心部件，是CE认证过程中的重中之重。

口罩在生产制作过程中应用的焊接技术——超声波焊接是通过超声波发生器来实现的。超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。口罩上面随处可以看到一些压痕，如封边、耳带、呼气阀处都是超声焊接的。

超声波焊接是通过超声波发生器将50/60Hz电流转换成15、20、30或40 kHz电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的结合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料融化。超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。

一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器变幅杆/焊头三联组，模具和机架。线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢地连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在10英寸以内的工件可以用应用轨道式振动摩擦进行焊接。