超声波焊接机使用研究论文

摘要：针对汽车线束生產中加热机的应用和分析，结合理论实践，在简要阐述汽车线束在汽车电路系统中作用的基础上，分析了汽车线束生产中加热机的种类和具体的应用，最后通过深入分析，得出汽车线束生产中接点热缩防护的质量是提高车辆电气系统使用寿命，保护车辆和人员的安全有重要意义的结论，希望对实际工程有参考价值。今天小编给大家找来了《超声波焊接机使用研究论文 (精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

超声波焊接机使用研究论文 篇1：

全自动智能型超声波焊机的设计

摘 要：自动化与物联网技术在现代生产和工业发展中主导了整个方向。新型超声波焊接机系统，融入了stm32技术，物联网技术、自动化控制技术;以stm32f103c8t6为主控器，利用串口通信与PC端上位机实时通信监测焊接机状态并进行及时的调整与控制，同时利用ESP8266连接中国移动OneNET物联网平台将超声波焊接机的状态信息上传给云端数据库，增加了对焊接机的监测内容。

关键词：自动化;物联网;ESP8266;STM32;超声波焊接机

1、背景

1.1物联网

在国外，物联网的概念早在20世纪90年代就被提出了，但是一直没有受到各个学术界和各国政府的重视。直到21世纪初，各国才开始对应自己国家的情况开始制定物联网开发的技术。自此以后，物联网才成功迎来高调时代。伴随着当今社会的电子技术的高速发展，传感器的技术逐渐成熟和完善，再加上网络的普及和应用，使得现如今的海量信息的收集能力和分类处理数据信息的能力大幅度提高，为物联网的高速发展奠定了良好的基础。

1.2相关研究

超声波焊机在将近70年的发展中，理论研究主要集中在应用方面，比如20世纪60年代艾斯纳E的形状因素概念，发展出了高斯型变幅杆，森荣的振动方向变换器，则为获取50kw以上的高强度超声开辟新的方法。20世纪80年代的日本神奈川大学创造性的研发超声波对焊装置，可以处理1cm厚的铝板，对此进行改进后，可以更改广泛的应用在塑料焊接上。

2相关原理

全智能自动超声波焊接机利用振动波的方式，把高频振动波传递到两个需要焊接的物体表面，在加压的情况下促使两个物体表面进行相互摩擦，然后形成两个物体分子层之间的融合。超声波作用于物体表面时，会在局部产生每秒几万次的高温。当超声波停止工作后，让压力持续几秒钟，促使两个物体凝固成型，最后可以发现其焊接强度能接近于原材料强度。

3.1、创新性设计.

目前市面上的焊接机大多为半自动焊接机，缺点极其明显，而本焊接机对传统焊接机进行改造，利用STM32技术、软件技术以及物联网技术设计出一种全自动型智能焊接机。主控芯片与PC端上位机实时通信并且监测焊接机的状态并进行及时的调整和控制，同时利用ESP8266连接中国移动OneNET物联网平台将超声波焊接机的状态信息时时上传给云端数据库记录超声波焊接机运行状态。需要焊接的原材料只需放在指定的位置，然后启动超声波焊接机，全自动超声波焊接机即可进行正常流水线工作。

3.2、全智能自动化超声波焊接机的总体设计

焊接机的主要组成部分为以下几个模块，如焊接机的主控系统、信息采集及反馈系统、WI-FI通信上报系统以及云平台数据库处理系统。

焊接机整个系统的主要部分使用一块STM32F407型高性能微控制器实现，是整个系统的“大脑”，控制着焊接机的焊接功率、超声波的频率和焊接时长，并对这几项参数进行实时监测。

信息采集及反馈系统会定时采集焊接机工作状态，监控焊接过程，并向上位机输出状态信息。信息的采集利用摄像头和温度传感器对正在被焊接器件检测来采集信息，并反馈给主控系统。

WI-FI通信上报系统是我们的全自动超声波焊接机体现智能化的另外的一部分，利用安信可科技有限公司生产的ESP8266WI-FI模块，通过串口与主控芯片连接同是通过WI-FI模块连接物联网平台即可将主控系统处理好的数据上报到云平台数据库进行记录。

云平台数据库主要用来记录一些焊接机工作时的相关信息，包括焊接机启动时间，每个焊接部件焊接用时，焊接温度，焊接成果图，焊接器件数量等。

4、全智能自动化超声波焊接机的硬件系统设计

全智能自动化超声波焊接机使用一块STM32F407高性能MCU的核心电路板控制机器，以电路板为基础板载其他通信接口与外设接口，例如串口通信接口，WI-FI模块接口等。

ST公司推出的以CortexTM-M4为内核基础的STM32F4系列的高性能微电子控制器自带自适应实时加速器，使得STM32F4系列能够让主频达到168MHz的频率，能够完全釋放Cortex-M4内核的性能;当CPU工作于所有允许的频率段时，在闪存中运行或者等待的程序，可以达到相当于零等待周期的性能。

STM32F407MCU时钟频率为168MHz，拥有一百多个高速I/O端口，数据处理速度非常快，而且拥有多种通信接口，能满足绝大多数控制电路的应用，是STM32产品中性价比最高的一个。

目前市面上的ESP8266 WI-FI模块，自带WI-FI天线和无线驱动固件，而且ESP8266 拥有完整的而且自成体系的 Wi-Fi 网络功能，既能够独立应用也可以作为从机搭载于其他主机 MCU 运行，支持 110-4608000 bps数据传输速率，体积小，功耗极低，在同类通信器件中具有相当优越的水平。

4.1通信接口模块

RS-232-C接口是目前市面上最经常使用的一种串行通讯接口。RS-232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道（称为主通道）和第二通道（称为副通道）。利用RS- 232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线（接收线、发送线和信号地）能实现简单的全双工通信过程。RS-232信号总是在在正负电平之间来回摆动，在发送所要传输的数据时，发送端驱动器输出正电平在正5V～15V之间，负电平在负5～15V电平之间。当没有数据传输时，线上为TTL电平，从数据传送的开始到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平最后再返回为TTL电平。接收器典型的工作电平在正3V～12V之间或者负3V～12V之间。由于发送电平与接收电平的差仅为2V-3V左右，所以其共模抑制能力较差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大不超过15米左右。但是RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而設计的，所以也正好符合我们的要求。

经过 串口-RS232 电路的接通，主控电路板就能连接电脑，将焊接机的状态信息发送给电脑端的数据接收器，方便对焊接机的状态检测。RS232接口连接是主控芯片的串口3接口。

4.2  WI-FI模块接口设计

ESP8266有八个引脚，但是通信是利用的串口通信的方式，另外加上+3.3V电压输入与GND端，四个引脚就能正常使用，非常的节省空间。连接WI-FI即可实现无线通信。

5 软件设计

5.1控制系统

超声波焊接机的控制系统软件部分主要有三部分，控制任务、状态上报、WI-FI数据上报。STM32F407芯片软件设计利用的是STM32的HAL库，外加Free-RTOS操作系统，将三个主要部分分为三个时时任务，系统更加稳定。

控制算法部分

STM32芯片自带看门狗功能，打开看门狗功能，能有效防止程序跑偏，避免造成设备损坏与经济损失。主要控制任务控制着整个焊接机的运作。

主要代码目录如图7：

三个任务MainControl_task、USART3_task、WI-FI_task通过信号量可以通信，有序的开始控制和检测焊接机的工作。

5.2 物联网平台云端数据的收集

利用ESP8266 WI-FI模块，可以连接物联网平台来记录数据。记录的数据包括以下部分：每个器件的焊接时间、焊接温度、焊接状态图、已经焊接的器件的个数。

6总结

随着自动化、物联网技术的不断深化，本文提出一种基于STM32的新型智能焊接机设计，实现了焊接数据的管理和总结，通过大量的数据记录，帮助提高焊接工艺的水平，弥补了传统焊接机的缺陷，为工业化大生产的焊接提供了一个解决的思路，同时开拓了超声波焊接机研究的宽度。超声波焊机是顺应人类生活和工业的需求而产生的奇迹。他将促进科技和工业的发展，让电焊不再是技术人员的工作，促使人类走向更简洁方便的社会。

参考文献：

[1]童诗白，华成英  模拟电子技术基础.高等教育出版社

[2]阎石. 数字电子技术基础（第5版）[M]// 数字电子技术基础（第5版）. 高等教育出版社， 2006.

[3]黄广霖.CSH-831型超声波塑料焊接机[J]声学技术，1986，（4）：11～14.

[4]马春江.超声波电源系统平台研制[D].南京航空航天大学，2010.57.

[5]齐志扬， 罗红， 林涛. 超声波焊机设计专家系统[J]. 中国机械工程， 1994， 000（002）：35-37.

[6]胡小建，杜宁. 新型超声波焊机的研制[J]. 金属加工：热加工（8期）：5-6.

[7]刘帅. 基于STM32的智能超声波焊接机系统设计[J]. 湖北师范学院学报：自然科学版， 2015， v.35;No.154（04）：98-103.

作者简介：

郑乾（2001-），男，河南焦作，本科生，主要研究方向为嵌入式系统。

张超良（1999-），男，河南商丘，本科生，主要研究方向为嵌入式系统。

（河南科技大学信息工程学院）

作者：郑乾 张超良

超声波焊接机使用研究论文 篇2：

汽车线束生产中加热机的应用和分析

摘 要：针对汽车线束生產中加热机的应用和分析，结合理论实践，在简要阐述汽车线束在汽车电路系统中作用的基础上，分析了汽车线束生产中加热机的种类和具体的应用，最后通过深入分析，得出汽车线束生产中接点热缩防护的质量是提高车辆电气系统使用寿命，保护车辆和人员的安全有重要意义的结论，希望对实际工程有参考价值。

关键词：汽车；线束生产；加热机；应用

近年来，汽车的附加功能越来越多，大大增加了汽车线束回路系统的复杂性，线束当中的接点越来越多，对接点热缩防护质量提出了更高的要求，但我国对汽车线束生产中加热机的应用和分析的研究还有待进一步深入，因此，本文中简要阐述汽车线束重要性的基础上，对汽车线束生产中加热机的应用做了如下分析。

1 线束在汽车电力系统中的重要性

所谓线束指的是实现汽车中所有功能配置组合的电力系统，往往由一根根电线捆绑成束，因此被称为线束。随着科学技术技术的发展，汽车逐步从简单电路和机械结构，逐渐演变机电一体化集成体。汽车在运行过程中，所有的信号传递、设备接受指令都通过线束来完成，从中可以看出线束在汽车电路系统中的重要性。如果接点热缩防护的质量不过关，就会导致汽车线束发生短路，烧毁线路，从而对汽车和驾驶的生命安全构成一定威胁【1】。因此，要想保证汽车能够安全稳定的运行，就必须提高线束生产的质量。加热机是连接线束各个接点的主要设备，其参数设定和型号选择是否正确，对接点热缩防护的质量有至关重要的作用。

2 汽车线束生产中加热机的类型

目前我国汽车线束生产中应用的加热机主要包括三大类，第一类：超声波线束焊接机，属于机械过程，因此在汽车线束生产中并没有电流流过，不会对金属导线造成破坏；第二类，半自动热缩管加热机，一款台式轻便热缩管加热设备，也是目前国内唯一被各大汽车配套厂商认可的、替代同类进口线束生产的设备；第三类，履带式自动热缩管加热机，是一款卧式全自动热缩管加热设备，具有线束成型速度快的特点。

3 汽车线束生产中加热机的应用和分析

3.1超声波线束焊接机在汽车线束生产中的应用

3.1.1超声波线束焊接机结构

超声波线束焊接机主要由机台、超声功率发生器两部分组成， 在汽车线束生产中应用超声波线束焊接机，最明显的一个有点是线束生产温度比较低，就XY-5000W超声波线束焊接机而言，超声波频率可以达到20KHZ，输出功率为5000W，提供电源电压为220V，50/60HZ，最大电流也只有15A，焊接能力在1.5～40mm2 [2]。

3.1.2超声波线束焊接机的应用优势

在汽车线束生产中，线路中的金属都具有极强的导热性，如果采用融化的方法进行焊接，热量会在金属表面，快速散发，需要重新补充更多的热量来进行焊接，而超声波线束焊接则可以完全避免此类问题的发生，实例表明，在生产同样数量的汽车线束时，超声波焊接所需的能量只是电阻焊的3.3%，大大降低了线束生产的成本。线束生产中，其产生的温度只有金属熔点的33%～50%，因此，并不会对线束的绝缘层造成丝毫破坏[3]。同时也可以把很薄的金属焊接到较厚的金属上，而不会对造成薄金属损伤，这一点是汽车线束生产中非常重要的一点。

3.1.3超声波线束焊接机应用技术要求

汽车线束生产的IPC标准是：线束焊接的厚度在1：1～2：1之间，并且线束不能发生变色，在线束加压面要能够清晰辨识出股线的轮廓，但没有松散的股线。因此，在汽车线束生产中，对超声波线束焊接的要求为：

第一，超声波的振幅要连续可调，超声波在焊接中，遇到线束较厚的部位会发生一定程度的衰减，因此，在汽车线束生产中，要适当的调整超声波频率，以避免出现线路色变的问题。比如：在焊接1mm2厚的线束和20mm2的线束时，超声波的频率最起码要相差30%。

第二，汽车线束线头夹具的缝隙要控整0.02mm以下，因为超声波焊接时产生的能量非常密集，如果缝隙过大，就会造成卡线现象。

第三，质量控制软件，机器要对焊接完成的每个焊点都进行质量评判，对焊接不良和缺线情况，及时做出警示，这就要求超声波在焊接时，必须要有控制能量的模式。

3.2半自动热缩管加热机在汽车线束生产中的应用

3.2.1半自动热缩管加热机结构

半自动热缩管加热机是一种台式轻便热缩管加热设备，主要由两部分组成，一部分是红外线发热器，一部分是加热控制箱。在具体应用过程中，可以通过加热控制箱当中的控制面板，实现加热时间和温度的控制。除此之外，半自动热缩管加热机还具有计数和防止过热的功能。

3.2.2半自动热缩管加热机应用方法

半自动热缩管加热机在汽车线束生产中，只需要把线束的热缩部位放到半自动热缩管加热机中，然后启动开关，就可以进行加热焊接，当线束焊接完成以后，加热控制板上的声光，会提示操作人员移开线束，继续放入下一个线束进行焊接，

3.2.3半自动热缩管加热机的优点和缺点

半自动热缩管加热机在汽车线束生产时的优势主要体现在以下几个方面：第一，当线束生产完成以后，声光会提示员工移开线束；第二，占地面积比较小，质量比较轻，便于搬动和移位；第三，加热比较均匀，具有一定的的防错安全保护能力。缺点主要表现为：需要专门的线束生产厂区，对操作人员的操作能力有较高的要求，需要投入较大的资金，生产成本比较高。

3.3履带式自动热缩管加热机在汽车线束生产中的应用

3.3.1 履带式自动热缩管加热机结构

履带式自动热缩管加热机的输入电压为200V，50HZ，额定功率为2000W，温度控制范围为15℃～600℃，最大加热100mm2的线束，可加热直径为25mm的汽车线束。

3.3.2履带式自动热缩管加热机的一个用方法

履带式自动热缩管加热机是一款全自动热缩管加热设备，在具体应用过程中，操作人员可以在履带式自动热缩管加热机的前端，连续不断的把汽车线束放入，线束经过加热区时就可以完成热缩加工，在履带式自动热缩管加热机的末端冷却出料。在具体应用过程中，速度的控制采用了计算机控制的步进电机，大大增加了控制的精度，而且使用寿命比较长，温控器采用了OMRON设备，进一步保证了汽车线束生产的温控精度和生产质量。

3.3.3履带式自动热缩管加热机的优缺点

履带式自动热缩管加热机的优点主要体现在以下几个方面：第一，汽车线束加热效率高，大约是半自动热缩管加热机的5倍左右；第二，线束热缩效率高，大大降低了汽车线束生产的成本；第三，线束生产产品质量有保证，可以实现多台设备调节完全一样的温度和速度。缺点是需要专门的生产厂区，对操作人员的技术水平有较高的要求，需要大量的资金投入。

4 结束语

综上所述，超声波线束焊接机、半自动热缩管加热机、履带式自动热缩管加热机是目前汽车线束生产中应用最多的加热机设备。任何一种线束加热设备都有其独特的优势，因此，在选择加热机设备时，要根据本公司实际情况，选择与之相适应的加热设备，在汽车线束生产中无论选择新加热设备，还是选择的老的加热设备，只要可以满足汽车生产对线束质量的需求，就是最佳的加热机选择方式。

参考文献：

[1]陈敬渊.汽车线束设计的原则和方法[J].装备制造技术，2016，（06）：25-27.

[2]刘丽娟，许立杰.汽车线束内连接件选型设计[J].汽车电器，2015，（08）：26-27.

[3]齐相龙，刘晋飞，陈明.汽车线束预装配线平衡问题的优化和仿真[J].机械设计，2015，32（01）：68-72.

作者：孙骏

超声波焊接机使用研究论文 篇3：

试论浴缸泵塑料叶轮超声波焊接

摘要：一直以来，超声波焊接技术被广泛应用于工业生产中。当前国内外的大部分塑料制品均采用超声波焊接技术。然而，不同的产品对于超声波焊接技术的要求也不尽相同，本文选择了浴缸泵上的塑料叶轮为研究对象，通过该构件的焊接技术要领来对探讨超声波焊接技术展开深入具体的研究。

关键词：超声波焊接；无痕焊接；传导熔接；参数调试

0 引言

在大规模工业生产中对焊接工艺的需求十分广泛，提高焊接技术不仅能提高生产效率，同时能够降低产品的次品率，并使产品更为美观，密封程度更好。近年来，以塑料制品为主的轻工业在我国南部取得了飞速发展。高分子塑料具有轻便、抗腐能力好且不生锈的特性，因而被逐渐应用于卫浴行业的水泵制造中，取代了传统的金属水泵。基于产品使用安全与经济效益的综合考虑，当前卫浴设备的泵体部分，尤其是闭合式叶轮，均采用高分子聚合工程塑料制造。为了使产品更外美观，且内部构件不易开裂，对产品焊接环节的技术就必须严格把控。不同于传统的工业焊接技术，超声波焊接是一种高效无痕的工业焊接工艺，能够在极短的时间内对精密的物件实现无损焊接，这一技术的广泛应用充分显示了我国轻工业制造在当今世界的领先地位。

1 超声波焊接技术概论

1.1 基本原理

在进行超声波焊接时，超声波将通过焊件将超声能量传递到不同焊区，然后焊接机器便会在超声波感应到的焊接口产生局部高温。利用非金属制品导热性差的基本属性，局部生成的热量持续作用于塑料端口，使其端口熔化。趁塑料材质轻微熔化的时机，焊接仪器将对两端施加外部压力，使焊接物融为一体，并将压力保持一段时间使凝固效果更佳。当凝固完成以后，焊件两端的分子结构基本能实现重新整合，因此从表面上看不到焊接的痕迹。

1.2 焊接仪器种类

焊接仪器的自动化程度也是衡量焊接技术的重要指标之一，目前的超声波焊接仪器可以分为半自动焊接机、自动超声波焊接机以及全手动焊接机。其中手动焊接机工作效率较低，适用于奢侈品、高端仪器等造价较高的产品焊接。而对于大多数企业而言，自动化程度更高的焊接仪器更有利于提高流水工作效率。因此，全自动焊接机的普及将成为未来企业应用焊接技术的大趋势所在。

1.3 适用范围

在工业生产中，超声波焊接技术已经渗透到各行各业，其中主要包括电器行业、工艺品行业、数码产品行业、金属行业和轻纺行业等。

2 使用超声波焊接浴缸泵塑料叶轮的技术要领

浴缸是通过水泵的液压效应来储水放水的，其中叶轮是浴缸泵的重要构件，因而叶轮的焊接工艺直接影响到浴缸泵的质量。在前文中已经提到，超声波适用于塑料焊接，以下将详细探讨采用超声波焊接技术完成浴缸泵塑料叶轮焊接的技术要领。

2.1 充分运用传导熔接技术的特性

运用传导熔接技术，可以通过超声波的振动来预测目标物体的熔点。这一特性对于塑料产品的焊接十分有益。绝大多数塑料产品的熔点都不高，因此在对塑料制品实施焊接时，需格外注意温度的控制，使其刚刚达到熔点即可。如果焊接温度明显高于塑料熔点，不仅会产生热能损耗，而且会使塑料制品的有机成分发生改变，造成不可修复的外观损伤，甚至有可能挥发出毒害物质，危害工作人员健康。

2.2 塑料叶轮的材料特性和结构特性

优质的浴缸在对浴缸泵的叶轮材质选择上有很高的要求。从理论上讲，超声波焊接技术可以应用到任何热性塑料产品的焊接工艺中。然而在具体操作中，为了进一步确保产品的外观不受任何损伤，还应将一些细节内容考虑进去。为了更好地实现塑料叶轮的焊接，在正式启动焊接工序之前，应充分熟悉塑料叶轮的材质特性。

焊接工艺的优劣与材质弹性模量中的“静摩擦因数”热导率成正比，与材料密度的“比热容”成反正比。塑料叶轮是浴缸泵的核心部件，这一部件的工作效率直接影响到整个水泵的使用寿命。因此，设计人员在选材方面充分考虑到了目标材料对于耐腐性与抗压性的需求。

目前中高端卫浴品牌多采224工程塑料。该塑料具有良好的力学性能，其熔点和再凝固点都明显高于一般塑料。

同时，为了使焊接技术臻于完美，对于塑料叶轮材料的结构特性也应充分了解。浴缸泵中的抽送介质一般为清水，也可在水中混入带有保洁效果的粉剂。当前的叶轮结构多采用闭式结构，即叶片前后盖板呈封闭状。叶轮的制造工艺流程复杂，因而焊接时不易从结构上把握住切入点。焊接人员需详细参看有关说明之后再实施焊接。此外，焊接时应保证叶轮盖板后的螺母和水口同心圆装置不发生偏移，否则将影响产品的正常使用。为了保证焊接点的精确，可借助辅助器材来实施精度更高的定位，但如此一来也会增加焊接的成本与操作时间。叶轮的叶片呈一体状结构，这种设计的初衷是考虑超声波焊接过程对叶轮形位尺寸的影响，焊接工作中不应遗漏这一技术细节。

2.3 调试好工艺参数

浴缸泵叶轮超声波焊接质量的技术参数较多，在实施焊接前，务必要有针对性地仔细设置好相关参数，才能完成又好又快地焊接。

最重要的参数是焊接振幅。如果焊接振幅设置不当，就会造成超声波能量的损耗，降低焊接口边缘的热量聚集效率。其次，对外加压力的设置也很重要，在压力不变的前提下，超声时间越长溢料就越多。溢料过多容易留下痕迹，影响产品美观。最后是加固时间的设定。加固时间过短，则容易开裂；反之加固时间过长则容易损坏材料的内部结构，影响产品性能。

3 总结

超声波焊接技术近年来取得了长足进步，尤其表现在对塑料材质的焊接工艺上。但由于浴缸泵塑料叶轮的材料内部分子结构复杂，且熔点和在凝固点都高于普通塑料，因而作者在本文中对其超声波焊接技术做出了有针对性的探讨与研究，意在为相关人员提供参考。不足之处还望多多批评指正。

作者：岑昌健