Parametri postupka ultrazvučnog zavarivanja
Glavni parametri procesa ultrazvučnog zavarivanja su: amplituda, vrijeme zavarivanja, vrijeme zadržavanja tlaka, tlak zavarivanja, učestalost itd. Najbolje specifikacije zavarivanja ovise o komponentama koje se zavaruju i o opremi za zavarivanje. Podešavanje parametara zavarivanja ovisi o veličini i krutosti dijela, posebno o udaljenosti između dodirne točke glave za zavarivanje i zavarivačkog spoja. Sposobnost zavarivanja ograničena je sposobnošću plastike&# 39 da prenosi ultrazvučne vibracije (a dijelovi nisu oštećeni).
1 frekvencija
Uobičajene frekvencije ultrazvuka su 20, 30 i 40 kHz, a 15 kHz se često koristi za polukristalnu plastiku. 20 kHz je najčešće korištena ultrazvučna frekvencija, jer je amplitudu i snagu potrebnu za topljenje termoplastike na ovoj frekvenciji lako postići, ali može generirati puno mehaničkih vibracija koje je teško kontrolirati, a alat postaje vrlo velik. Izvediva je veća frekvencija (40 kHz) koja proizvodi manje vibracija i obično se koristi za zavarivanje inženjerske plastike i ojačanih polimera. Prednosti visokofrekventne opreme za zavarivanje uključuju: nisku buku, male dijelove, poboljšanu zaštitu dijelova (zbog smanjenja cikličkog naprezanja i neselektivnog zagrijavanja vanjskog područja spoja spoja), poboljšanu mehaničku kontrolu energije, niži tlak zavarivanja i brže brzina obrade. Nedostatak je što je teško izvoditi zavarivanje na daljinu zbog male veličine dijelova, smanjenog kapaciteta snage i smanjene amplitude. Uređaji za ultrazvučno zavarivanje veće frekvencije obično se koriste za zavarivanje malih, preciznih dijelova (poput električnih prekidača) i dijelova koji zahtijevaju manje razgradnje materijala. Zavarivač od 15 kHz može brzo zavariti većinu termoplastičnih masa, u većini slučajeva, manje razgradnje materijala od zavarivača od 20 kHz. Dijelovi koji se jedva mogu zavariti s 20 kHz (posebno oni izrađeni od gume i plastične tehnologije i opreme visokih performansi) mogu se učinkovito zavariti s 15 kHz. Na nižim frekvencijama, glava za zavarivanje ima veću rezonantnu duljinu i može se učiniti većom u svim dimenzijama. Sljedeća važna prednost korištenja 15 kHz je ta što u usporedbi s korištenjem viših frekvencija uvelike smanjuje slabljenje ultrazvučnih valova u plastici, omogućavajući zavarivanje mekših plastika i veće udaljenosti od dalekog polja.
2 amplitude
Uspješno zavarivanje ovisi o pravilnoj amplitudi kraja glave za zavarivanje. Za sve kombinacije glave sirene / glave za zavarivanje amplituda je fiksna. Odaberite amplitudu prema materijalu za zavarivanje da biste dobili odgovarajući stupanj topljenja. Općenito govoreći, polukristalna plastika zahtijeva više energije od nekristalne plastike, pa stoga zahtijeva veću amplitudu vrha vrha. Kontrola procesa na modernim ultrazvučnim aparatima za zavarivanje omogućuje gradaciju. Velika amplituda koristi se za početak topljenja, a mala amplituda za kontrolu viskoznosti rastaljenog materijala. Povećanjem amplitude poboljšat će se kvaliteta zavarivanja dijela izvedbe posmičnog zgloba. S povećanjem amplitude kod čeonih spojeva, kvaliteta zavara se poboljšava, a vrijeme zavarivanja smanjuje. Kod ultrazvučnog zavarivanja energetskim vodilicama, prosječna brzina gubitaka topline (Qavg) ovisi o modulu kompozitnih gubitaka (E "), frekvenciji (ω) i djelujućem naprezanju (ε 0) materijala: Qavg=ωε 02 E" / 2
Sastavljeni modul gubitaka termoplastike usko je povezan s temperaturom. Kada se dosegne točka topljenja ili temperatura prijelaza stakla, modul gubitka se povećava i više energije pretvara se u toplinu. Nakon započinjanja zagrijavanja, temperatura na sučelju za zavarivanje naglo raste (do 1 000 ℃ / s). Djelujuće naprezanje proporcionalno je amplitudi glave za zavarivanje, pa se zagrijavanjem sučelja za zavarivanje može kontrolirati promjenom amplitude. Amplituda je važan parametar koji kontrolira brzinu protoka termoplastične ekstruzije. Kada je amplituda velika, brzina zagrijavanja sučelja za zavarivanje je veća, temperatura raste i rastaljeni materijal brže teče, što dovodi do povećanja molekularne orijentacije, velikog broja bljeskova i manje čvrstoće zavara. Za početak topljenja potrebna je velika amplituda. Premala amplituda stvara nejednako taljenje i prerano skrućivanje rastopine. Kada se amplituda poveća, u termoplastiku se troši veća količina energije vibracija, a dijelovi koji se zavaruju podvrgavaju se većem naprezanju. Kad je amplituda konstantna tijekom cijelog ciklusa zavarivanja, obično se koristi najveća amplituda koja neće prouzročiti pretjerano oštećenje dijelova koji se zavaruju. Za kristalnu plastiku poput polietilena i polipropilena utjecaj amplitude je mnogo veći nego za nekristalnu plastiku poput ABS-a i polistirena. To je možda zbog potrebe za više energije za taljenje i zavarivanje kristalne plastike. Amplituda se može podesiti mehanički (promjenom trube ili glave za zavarivanje) ili električno (promjenom napona koji se dovodi na pretvarač). U praksi se kod veće prilagodbe amplitude primjenjuje mehanička metoda, a kod finijeg se koristi električna metoda. Materijali s visokim talištem, zavari u dalekom polju i polukristalna plastika obično zahtijevaju veću amplitudu od ne-kristalne plastike i zavara u blizini polja. Tipični opseg ukupne amplitude amorfne plastike je 30-100 μm, dok je kristalne plastike 60-125 μm. Profiliranjem amplitude može se postići dobar protok taline i postojana visoka čvrstoća zavara. Za kombinirane razine amplitude i sile koriste se velika amplituda i sila za početak topljenja, a zatim se amplituda i sila smanjuju kako bi se smanjila molekularna orijentacija duž linije zavarivanja.
3 Vrijeme zavarivanja
Vrijeme zavarivanja je vrijeme kada se primjenjuju vibracije. Prikladno vrijeme zavarivanja za svaku primjenu određuje se eksperimentom. Povećanjem vremena zavarivanja povećat će se čvrstoća zavara dok se ne postigne optimalno vrijeme. Daljnje povećanje vremena zavarivanja rezultirat će smanjenjem čvrstoće zavara ili samo neznatnim povećanjem čvrstoće, dok će istodobno povećati bljesak zavara i povećati mogućnost uvlačenja dijela. Važno je izbjeći prekomjerno zavarivanje, jer će se stvoriti pretjerani bljesak koji treba obrezati, što može smanjiti kvalitetu zavara i stvoriti propuštanja u dijelovima koji trebaju biti zabrtvljeni. Glava za zavarivanje može ogrebati površinu. Za dulje vrijeme zavarivanja može doći do topljenja i loma također u dijelovima daleko od područja spoja, posebno na otvorima, linijama zavarivanja i oštrim kutovima u lijevanom dijelu.
4 Vrijeme držanja
Vrijeme držanja pod pritiskom odnosi se na nominalno vrijeme za dijelove koji se nakon zavarivanja kombiniraju i učvršćuju pod pritiskom bez vibracija. U većini slučajeva to nije kritični parametar, općenito je dovoljno 0,3 ~ 0,5 s, osim ako je unutarnje opterećenje lako rastaviti zavareni dio (poput spiralne opruge komprimirane prije zavarivanja).
5 pritisak
Pritisak zavarivanja osigurava statičku silu potrebnu za spajanje glave za zavarivanje i dijela tako da se vibracije mogu prenijeti u taj dio. Kada se rastaljeni materijal na spoju skrutne tijekom faze održavanja tlaka u ciklusu zavarivanja, isto statičko opterećenje osigurava integriranje dijelova. Određivanje optimalnog tlaka neophodno je za dobro zavarivanje. Ako je tlak prenizak, uzrokovat će slab ili nedovoljan protok topljenja u prijenosu energije, što dovodi do nepotrebnih dugih ciklusa zavarivanja. Povećanjem tlaka zavarivanja smanjit će se vrijeme zavarivanja potrebno za postizanje istog pomaka. Ako je tlak previsok, to će uzrokovati molekularnu orijentaciju duž smjera protoka i smanjiti čvrstoću zavara, što može uzrokovati udubljenje dijelova. U ekstremnim slučajevima, ako je tlak previsok u odnosu na amplitudu kraja glave za zavarivanje, može doći do preopterećenja i zaustavljanja glave za zavarivanje. U ultrazvučnom zavarivanju velika amplituda zahtijeva nizak tlak, a mala amplituda visoki tlak. Kako se amplituda povećava, prihvatljivi raspon tlaka se sužava. Stoga je najvažnije za veliku amplitudu pronaći najbolji tlak. Većina ultrazvučnog zavarivanja izvodi se pod stalnim pritiskom ili konstantnom silom. Za neke uređaje sila se može mijenjati tijekom ciklusa, odnosno izvodi se profiliranje sile, a sila zavarivanja smanjuje se tijekom primjene ultrazvučne energije na dio. Pritisak zavarivanja ili sila koja pada na kraju ciklusa zavarivanja smanjuje količinu materijala istisnutog iz spoja, produljuje vrijeme difuzije između molekula, smanjuje molekularnu orijentaciju i povećava čvrstoću zavara. Za materijale s nižom viskoznošću taline sličnom poliamidu, to može uvelike povećati čvrstoću zavara.
6 Način zavarivanja
Zavarivanje vremenom naziva se postupak otvorene petlje. Dijelovi koji se zavaruju sastavljaju se u učvršćenju prije nego što glava za zavarivanje padne i dodirne se. Tada ultrazvučni val djeluje na komponentu određeno vrijeme, obično 0,2 do 1 s. Tijekom ovog postupka nije došlo do uspješnog zavarivanja. Uspješno zavarivanje idealna je situacija pod pretpostavkom da fiksno vrijeme zavarivanja uzrokuje djelovanje fiksne količine energije na spoj, što rezultira kontroliranom količinom taljenja. Zapravo, snaga apsorbirana održavanjem amplitude iz jednog ciklusa u sljedeći nije ista. To je zbog više čimbenika (poput uklapanja dva dijela). Budući da se energija mijenja snagom i vremenom, a vrijeme je fiksno, primijenjena energija mijenjat će se iz jednog dijela u drugi. Za masovnu proizvodnju gdje je dosljednost važna, to je očito nepoželjno. Energetsko zavarivanje postupak je zatvorene petlje s povratnom kontrolom. Softver ultrazvučnog stroja mjeri apsorbiranu snagu i prilagođava vrijeme obrade kako bi se zglobu isporučio potreban unos energije. Pretpostavka ovog postupka je da je, ako je energija koju potroši svaki zavar jednaka, količina rastaljenog materijala na spoju svaki put ista. Međutim, stvarna je situacija da postoji gubitak energije u kompletu za zavarivanje, posebno na sučelju između glave za zavarivanje i dijela. Kao rezultat toga, neki dijelovi mogu dobiti više energije od drugih, što može dovesti do nedosljedne čvrstoće zavara. Zavarivanje na daljinu omogućuje spajanje dijelova na određenoj dubini zavarivanja. Ovaj način rada ne ovisi o vremenu, apsorbiranoj energiji ili snazi i kompenzira sva dimenzijska odstupanja u lijevanom dijelu, čime najbolje osigurava da se svaki put ista količina plastike topi u spoju. Kako bi se kontrolirala kvaliteta, može se postaviti ograničenje energije ili vremena utrošenog za zavarivanje
