超声波焊接技术在注射针头销毁器中的应用

超声波焊接技术在注射针头销毁器中的应用

摘　要:介绍基于超声波焊接原理而设计的注射针头销毁器,并阐述其工作原理、结构设计、技术方案和应用场合等。

1　前　言

　　我国目前处理使用过的注射器时,仍采取集中收集、集中销毁的方法,做到当场有效销毁,结果让不法分子钻空子。部分单位的相关管理人员在集中收集及处理注射器的过程中,有些人为谋取个人利益直接或间接将使用过的注射器转卖给不法分子。而在收集、销毁过程中,造成医护人员及接触废弃针头的人员误伤感染事件时有发生。为防止使用过的一次性注射器被重复使用,杜绝病毒感染,保护环境卫生,保障生命安全,卫生管理机构强调要求各医疗单位要将使用过的一次性注射实施现场销毁。在已有技术中对注射针头的销毁处理采用多种方法进行,销毁针头设备种类繁多,比如传统的销毁设备- 老虎钳,需要手工操作,效率低,操作不方便,安全性差,另外也有设备采用低频电压、高电流技术等,但这种设备在销毁针头时易产生火花、火焰或烟气,造成不必要的损失,给人身安全带来隐患[ 1 ]。

2　超声波原理在焊接中的应用

　　超声波焊接是利用超声波频率(超过20kHz)的机械振动能量,连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等材料的特殊焊接方法。超声波换能器将具有一定功率的超声波信号转换成相应的声能,再经聚能器对超声波进行高度聚焦,使超声波能量变强,聚焦后的强大超声波施加到被焊接的金属片的介面,其物理效应在此发生强烈反应,从而瞬间激活金属晶格中的粒子,使金属片相合处的分子相互渗透而牢固地焊接在一起。由于超声波焊接不存在热传导与电阻率问题,因此,对于不同厚度的有色金属箔片,带材都能有效进行理想的焊接,尤其是对最难焊接的铝及其合金材料的焊接质量,更能突出其无可比拟的优越性能。超声波焊接无需材料熔化所需的能量,是一种焊接时间很短(点焊时小于1 s)的低能量焊接方法。正常工作时不会产生火花、火焰或烟气,使焊接过程清洁环保[ 2 ]。笔者介绍的就是一种应用超声波焊接原理成功开发的注射针头销毁器。

3　注射针头销毁器的设计

3. 1　针头销毁器的结构设计

　　　图1为针头销毁器外部示意图,图2为针头销毁器局部

　　左视图,超声波发生器是一个变频装置,它将工频电流转变为超声频率(16～60kHz)的振荡电流。换能器则利用逆压电效应转换成弹性机械能。聚能器用来放大振幅,并通过耦合杆、上声极传递到工件。换能器、传动杆、聚能器、耦合杆及上声极构成一个整体,称为声学系统。声学系统中各个组元的自振动频率,将按同一频率设计。当发生器的振荡电流频率与自振动频率一致时,系统产生谐振(共振) ,并向针头输出弹性动能。图3为针头销毁器局部主视图。

图1　针头销毁器外部示意图　图2　针头销毁器局部左视图

　　　1. 箱体　2. 箱盖　3. 电源开关按钮　4. 针管插嘴　5. 废料抽屉

　　　6. 超声波发生器　7. 导线　8. 换能器　9. 聚能器　10. 耦合杆

　　　11. 上声极

3. 2　具体技术方案

　　以下结合结构设计图通过实施,对针头销毁器特征作进一步详细说明。箱体为一次注塑成型,箱盖扣在箱体的上顶面,电源开关按钮装置在箱盖上,在箱盖中间留1个槽为针管插嘴,废料抽屉置于销毁装置的下方,即在箱体的内部下方。超声波发生器通过导线和换能器连接,聚能器(又称变幅杆)通过螺栓和换能器连接,耦合杆(又称传振杆) 焊接在聚能器上,上声极焊接在耦合杆上。面板置于箱体的内部上方,它和滑套配合连接,滑套置于滑轨上,滑套下部布置有弹簧,在外力作用下,面板跟着滑套向下滑动。

图3　针头销毁器局部主视图

12. 针管　13. 面板　14. 滑套　15. 滑轨　16. 弹簧

　　工作时,将电源开关按钮按下,此时超声波发生器开始工作,通过导线将高频电流传递给换能器,换能器将电能转换为机械能,然后机械能通过聚能器放大振幅,再通过耦合杆把聚能器输出的纵向振动改变成弯曲振动。当操作者把一次性注射器插入面板的孔洞,向下推压面板,直至针头接触上声级,由于上声级高频振动,针头其物理效应在此发生强烈反应,瞬间激活金属晶格中的粒子,使内部组织发生变形,针头继续向下压,面板和滑套向下移动,使针头继续接触上声级,变形继续进行,直至达到销毁目的。销毁残渣掉入废料抽屉。销毁结束后,在弹簧的作用下,滑套带动面板向上移至原始位置,然后将针管顺利取出。

4　总　结

　　本针头销毁器运用超声波技术原理,具有强大的销毁能力和安全的使用性能,且结构简单、体积小,可在现场销毁,操作方便、安全,效率高,无噪音,无污染,成本低。适用于各种医疗机构、保健中心、防疫研究机构、实验室、检疫部门等,减轻广大医疗工作者的负担。