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超声波设备检测和维护

超声波频率探测仪可以对功率超声设备进行例行检查,以便及早发现频率偏移,如发现频率偏移表明需要进行预防性维护。可以避免设备故障并节省新换能器、变幅杆、工具头和超声波发生器费用。

频率偏移是由多种原因造成的,例如接头老化、工具头磨损、裂纹和换能器故障。接头老化是最常见的问题,因为这是不可避免的。随着时间的推移,由于有效接触面积减少和界面摩擦增加,它会降低堆叠频率、机械品质因数和整体效率。效率降低会导致发热,从而加连接面的磨损和超声波部件的疲劳,从而形成恶性循环,最终导致灾难性故障。通过对堆叠接头的处理,用户可以避免引发许多其他问题。

已拆下螺纹螺柱的超声波堆栈
标称 最低限度 最大范围
20 KHz 19.950 KHz 20.050 KHz
40 KHz 39.900 KHz 40.100 KHz
超声波焊接机的典型频率范围

受损的结合面和螺柱会降低堆叠频率、机械质量因数和整体效率,因为有效接触面积减少,界面之间的摩擦增加。效率低会导致加热,从而加速表面微动和超声波部件疲劳,形成恶性循环,最终导致不可逆的故障。因此需要定期进行超声设备的堆栈检测和维护,维护主要分以下5个步骤:

频率测试

读取设备运行时读取堆栈频率。为了做到这一点,将频率探测仪靠近超声变幅杆、超声焊极或超声尖端,以读取频率。如果发电机是模拟的,请确保在执行频率读数之前对其进行了微调。

读取20kHz设备的频率为19.930kHz 太低 (-70 Hz),表明需要进行预防性维护。

表面检查

一旦检测到频率偏移大于0.25%(或大于制造商规定的公差),拆卸声学叠加接头,使用适当的工具拆下螺纹螺柱,小心避免划伤。在目视检查之前,用沾有清洁溶剂的纸巾擦拭配合表面,用刷子或超声波清洗螺柱。

检查配合表面是否有轻微晃动、圆形磨损区域、硬沉积物、腐蚀和生锈,如有任何问题,请继续修复(步骤3)。检查螺纹螺柱是否有磨损、裂缝、损坏和磨损。如果需要更换,请遵守制造商的规格(不要用钢制螺柱替换钛螺柱,反之亦然)。当拧紧力矩控制不当时,通常会发现螺柱开裂。

表面修复

表面修复包括恢复表面光洁度和平整度。要执行此项工作,您需要280号、400号和600号金刚砂砂纸和一块花岗岩面板(12" x 18" x 3" 就足够了,而且比新的超声波组件便宜)。镜子是可以接受的替代品在没有花岗岩面板的情况下。如果组件配合表面严重损坏,请从#280砂纸开始;否则,请从#400开始。

通过仔细打磨,对超声工具头结合面进行修整

清洁表面

表面恢复后,用超声清洗机或用蘸有清洁溶剂的纸巾清洁组件。超声波清洗是有效的,因为它还可以很好地清洁螺柱孔并去除任何砂砾残留物。如果在换能器上使用超声波清洗,请确保陶瓷区域干燥,以及变幅杆上的 O 形环区域。堆叠组件清洁干燥后,检查它们的平面度和平行度。它应等于或优于0.025 毫米。

修整前后工具头连接面示例

堆叠重新组装

首先,保护连接面以降低接头的退化率。 在没有任何制造商规格的情况下,在连接表面涂上一层非常薄的高温钼基润滑脂或高压硅基润滑脂。重要提示:千万不要在螺柱的螺纹上涂抹任何油脂或润滑剂,它们必须是绝对干净和干燥的,就像堆叠部件的螺纹一样。

重新拧入带扭矩控制的螺柱

其次,按照制造商的说明重新插入双头螺栓(如果损坏则更换)。在缺少规格的情况下,不要施加超过 2 Nm (≈ 0.2 kgfm) 的拧紧力。

通过扭力矩拧紧变幅杆和工具头

使用适当的工具将声学堆栈部件连接一起,顺序为(换能器 + 变幅杆 + 工具头)以避免刮擦,并按照制造商的说明使用扭矩扳手。如果缺少规格,请考虑下表中的建议。

超声波叠层重新组装的建议扭矩:

堆栈频率 力矩
15KHz 40 牛米(≈ 4 公斤力矩)
20KHz 35 牛米(≈ 3.5 公斤力矩)
30KHz 25 牛米(≈ 2.5 公斤力矩)
40KHz 20 牛顿米(≈ 2.0 公斤力矩)

重要注意事项:请勿握住变幅杆法兰环或者换能器外壳进行受力。有些组件表面可能无法修复,例如锥形15 kHz变幅杆和高频换能器的前驱动器,因为在打磨过程中它们通常会倾斜并导致凸起。如果是这样的话,那就什么都不要做,因为凸面比磨损更严重。

最后,将超声波堆栈重新安装到设备上,并使用频率探测仪测试其频率。必须减少频移否则可能存在故障组件,如果频移继续存在,请测试堆栈以确定哪个元件无法正常工作。

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