Ultraljudssvetsningsparametrar
De viktigaste processparametrarna för ultraljudssvetsning är: amplitud, svetstid, hålltryckstid, svetstryck, frekvens etc. Den bästa svetsspecifikationen beror på vilka komponenter som ska svetsas och den svetsutrustning som används. Justeringen av svetsparametrar beror på delens storlek och styvhet, särskilt avståndet mellan svetshuvudets kontaktpunkt och svetsfogen. Svetsförmågan begränsas av plastens&# 39: s förmåga att överföra ultraljudsvibrationer (och delarna skadas inte).
1 frekvens
Vanligt förekommande frekvenser för ultraljud är 20, 30 och 40 kHz och 15 kHz används ofta för halvkristallin plast. 20 kHz är den vanligaste ultraljudfrekvensen, eftersom amplituden och effekten som krävs för att smälta termoplaster vid denna frekvens är lätta att nå, men det kan generera många mekaniska vibrationer som är svåra att kontrollera, och verktyget blir mycket stort. En högre frekvens (40 kHz) som ger mindre vibrationer är möjlig och används vanligtvis för svetsning av plast och förstärkta polymerer. Fördelarna med högfrekvent svetsutrustning inkluderar: lågt brus, mindre delar, förbättrad delskydd (på grund av minskad cyklisk stress och oselektiv uppvärmning av det yttre området av foggränssnittet), förbättrad mekanisk energikontroll, lägre svetstryck och snabbare bearbetningshastighet. Nackdelen är att det är svårt att utföra svetsning på långt håll på grund av delarnas lilla storlek, den reducerade effektkapaciteten och den reducerade amplituden. Högfrekventa ultraljudssvetsmaskiner används vanligtvis för att svetsa små precisionsdelar (såsom elektriska brytare) och delar som kräver mindre materialnedbrytning. 15 kHz svetsaren kan snabbt svetsa de flesta termoplaster, i de flesta fall mindre materialnedbrytning än 20 kHz svetsaren. Delar som knappt kan svetsas med 20 kHz (särskilt de som är tillverkade av högpresterande gummi- och plastteknik och utrustning) kan svetsas effektivt med 15 kHz. Vid lägre frekvenser har svetshuvudet en längre resonanslängd och kan göras större i alla dimensioner. En annan viktig fördel med att använda 15 kHz är att jämfört med att använda högre frekvenser, minskar det kraftigt dämpningen av ultraljudsvågor i plast, vilket möjliggör svetsning av mjukare plast och större fjärrfältsavstånd.
2 amplitud
Framgångsrik svetsning beror på rätt amplitud för svetshuvudets ände. För alla kombinationer av horn / svetshuvud är amplituden fast. Välj amplituden enligt det material som ska svetsas för att få en lämplig smältgrad. Generellt kräver halvkristallina plaster mer energi än icke-kristallina plaster och kräver därför större amplitud av spetsänden. Processkontroll på moderna ultraljudssvetsmaskiner möjliggör gradering. Den höga amplituden används för att börja smälta, och den låga amplituden används för att kontrollera viskositeten hos det smälta materialet. Genom att öka amplituden förbättras svetskvaliteten hos skjuvfogens designdel. För stumpfogar, när amplituden ökar, förbättras svetskvaliteten och svetstiden minskar. Vid ultraljudssvetsning med energistyrstänger beror den genomsnittliga värmeförlusthastigheten (Qavg) på kompositförlustmodulen (Eʺ), frekvensen (ω) och den verkande belastningen (ε 0) för materialet: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
Den sammansatta förlustmodulen för termoplaster är nära relaterad till temperaturen. När smältpunkten eller glasövergångstemperaturen uppnås ökar förlustmodulen och mer energi omvandlas till värme. Efter uppvärmningen stiger temperaturen vid svetsgränssnittet kraftigt (upp till 1 000 ℃ / s). Den verkande töjningen är proportionell mot svetshuvudets amplitud, så att svetsgränssnittets uppvärmning kan regleras genom att ändra amplituden. Amplitude är en viktig parameter som styr flödeshastigheten för termoplaststrängsprutning. När amplituden är hög är svetsgränssnittets uppvärmningshastighet högre, temperaturen stiger och det smälta materialet flyter snabbare, vilket leder till en ökning av molekylär orientering, ett stort antal blinkningar och en lägre svetsstyrka. Hög amplitud är nödvändig för att börja smälta. För låg amplitud ger ojämn smältning och för tidig smältfasthet. När amplituden ökas förbrukas en större mängd vibrationsenergi i termoplasten och delarna som ska svetsas utsätts för större spänning. När amplituden är konstant under hela svetscykeln används vanligtvis den högsta amplituden som inte orsakar överdriven skada på de delar som ska svetsas. För kristallina plaster såsom polyeten och polypropen är effekten av amplituden mycket större än för icke-kristallina plaster som ABS och polystyren. Detta kan bero på behovet av mer energi för smältning och svetsning av kristallplaster. Amplituden kan justeras mekaniskt (genom att byta horn eller svetshuvud) eller elektriskt (genom att ändra spänningen som matas till givaren). I praktiken använder den större amplitudjusteringen en mekanisk metod och de finare använder en elektrisk metod. Material med hög smältpunkt, svetsar långt ifrån och halvkristallina plaster kräver i allmänhet större amplitud än icke-kristallina plaster och svetsar nära fält. Det typiska totala amplitudområdet för amorf plast är 30-100 μm, medan det för kristallint plast är 60-125 μm. Amplitudprofilering kan uppnå bra smältflöde och jämn hög svetsstyrka. För kombinerade amplitud- och kraftnivåer används hög amplitud och kraft för att börja smälta, och sedan minskar amplituden och kraften för att minska molekylorienteringen längs svetslinjen.
3 Svetsningstid
Svetsningstiden är den tid då vibrationer appliceras. Lämplig svetstid för varje applikation bestäms av experiment. Att öka svetstiden ökar svetsstyrkan tills den optimala tiden uppnås. Ytterligare en ökning av svetstiden kommer att resultera i en minskning av svetsstyrkan eller endast en liten ökning av styrkan, samtidigt som den ökar svetsblixten och ökar möjligheten för delindragning. Det är viktigt att undvika översvetsning, eftersom det kommer att ge överdriven blixt som behöver klippas, vilket kan minska svetsens kvalitet och skapa läckage i de delar som måste tätas. Svetshuvudet kan repa ytan. För längre svetsningstider kan smältning och sprickor också förekomma i delar långt bort från fogområdet, särskilt vid hålen, svetslinjerna och vassa hörn i den gjutna delen.
4 Hålltid
Hålltryckstid avser den nominella tiden för delarna som ska kombineras och stelna under vibrationsfritt tryck efter svetsning. I de flesta fall är det inte en kritisk parameter, 0,3 ~ 0,5 s är i allmänhet tillräcklig, såvida inte den inre belastningen är lätt att demontera den svetsade delen (såsom en spiralfjäder komprimerad före svetsning).
5 tryck
Svetstrycket ger den statiska kraft som krävs för koppling mellan svetshuvudet och delen så att vibrationer kan överföras till delen. När det smälta materialet vid fogen stelnar under svetscykelns tryckhållningsfas, säkerställer samma statiska belastning att delarna integreras. Bestämningen av det optimala trycket är avgörande för god svetsning. Om trycket är för lågt kommer det att orsaka dåligt eller otillräckligt smältflöde vid energiöverföring, vilket leder till onödiga långa svetscykler. Ökning av svetstrycket minskar den svetstid som krävs för att uppnå samma förskjutning. Om trycket är för högt kommer det att orsaka molekylär orientering längs flödesriktningen och minska svetsstyrkan, vilket kan orsaka delindragning. I extrema fall, om trycket är för högt i förhållande till amplituden på svetshuvudets ände, kan det överbelasta och stoppa svetshuvudet. Vid ultraljudssvetsning kräver hög amplitud lågt tryck och låg amplitud kräver högt tryck. När amplituden ökar minskar det acceptabla tryckområdet. Därför är det viktigaste för hög amplitud att hitta det bästa trycket. De flesta ultraljudssvetsningar utförs under konstant tryck eller konstant kraft. För vissa enheter kan kraften ändras under cykeln, det vill säga kraftprofilering utförs och svetskraften minskas under appliceringen av ultraljudsenergi på delen. Svetstrycket eller kraften som sjunker i slutet av svetscykeln minskar mängden material som strängsprutas från fogen, förlänger diffusionstiden mellan molekyler, minskar molekylorienteringen och ökar svetsstyrkan. För material med lägre smältviskositet som liknar polyamid kan detta kraftigt öka svetsstyrkan.
6 Svetsläge
Svetsning med tiden kallas en process med öppen slinga. Delarna som ska svetsas monteras i fixturen innan svetshuvudet tappar och vidrör. Då verkar ultraljudsvågen på komponenten under en fast tidsperiod, vanligtvis 0,2 till 1 s. Framgångsrik svetsning inträffade inte under denna process. Framgångsrik svetsning är en idealisk situation under antagandet att en fast svetstid får en fast mängd energi att verka på fogen, vilket resulterar i en kontrollerad mängd smältning. Faktum är att den effekt som absorberas genom att bibehålla amplituden från en cykel till en annan är inte densamma. Detta beror på flera faktorer (såsom passningen mellan två delar). Eftersom energi förändras med kraft och tid, och tiden är fast, kommer den applicerade energin att ändras från en del till en annan. För massproduktion där konsistens är viktig är detta uppenbarligen oönskat. Energisvetsning är en sluten slinga med återkopplingskontroll. Mjukvara för ultraljudsmaskiner mäter den absorberade effekten och justerar bearbetningstiden för att leverera den erforderliga energiinmatningen till fogen. Antagandet av denna process är att om energin som förbrukas av varje svets är densamma, är mängden smält material vid fogen densamma varje gång. Den faktiska situationen är dock att det finns energiförlust i svetssatsen och särskilt vid gränssnittet mellan svetshuvudet och delen. Som ett resultat kan vissa delar få mer energi än andra, vilket kan orsaka inkonsekvent svetsstyrka. Svetsning på avstånd gör att delar kan förenas på ett visst svetsdjup. Detta arbetssätt beror inte på tid, absorberad energi eller kraft och kompenserar för eventuella dimensionella avvikelser i den gjutna delen, vilket på bästa sätt säkerställer att samma mängd plast smälts i fogen varje gång. För att kontrollera kvaliteten kan en gräns ställas in på den energi eller tid som används för att bilda svetsen
