Често срещани проблеми и решения при ултразвуково заваряване
Основният принцип на ултразвуковото заваряване е да преобразува високочестотната електрическа енергия във високочестотна вибрационна механична енергия. Тази възвратно-постъпателна вибрация се предава на термопласта или метала, а триенето и топлината се генерират на границата на пластмасата и пластмасата, пластмасата и метала или метала и метала.
При ултразвуковото заваряване триенето генерира топлина, за да се слеят две материални повърхности. При ултразвуковото занитване заваръчната глава контролира потока на разтопена пластмаса, формиращи и притискащи части. При монтажа на ултразвукова гайка заваръчната глава забива металната гайка в пластмасата.
Ултразвуковата система за заваряване има разнообразни опции за конфигуриране, включително различни честоти (15Khz-50Khz), различни мощности (600W-4800W) и различни форми, като пневматични ултразвукови заваръчни машини, серво ултразвукови заваръчни машини, ръчни заваръчни машини, не- стандартни заваръчни машини, метални ултразвукови заваръчни машини и така нататък.
Има много фактори, които влияят върху успеха на ултразвуковото заваряване: плесен (включително горна заваръчна глава и долна долна форма), честота, материал, дизайн на заваръчния шев, параметри на заваряване и шприцоване на части. В тази статия представяме 5 основни фактора.
1. Честота на заваръчната система
Честотата на типичната ултразвукова система за заваряване е 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz и 40Khz. Необходимо е да се избере подходяща честота на заваряване в съответствие с изискванията за размера на продукта, видовете вътрешни компоненти, якостта и външния вид. Като цяло можете да се обърнете към следните принципи:
За малки и прецизни електронни продукти (включително платки от печатни платки и микроелектронни компоненти) заваряване с черупки, използвайте високочестотна машина за заваряване 40Khz. 40Khz заваръчна машина има по-малка амплитуда и минимално заваръчно налягане, което може да избегне повреда на вътрешните електронни компоненти на продукта.
За малки продукти, които изискват външния вид на повърхността от клас А. Той е заварен от машина за заваряване 40Khz, която може да подобри външния вид поради малката амплитуда и налягане.
За заваряване на средни и големи детайли използвайте нискочестотни 15Khz или 20Khz заваръчни машини.
За по-меки материали като РР и тънкостенни продукти с лоша твърдост, за заваряване се използва 15Khz заваръчна машина с ниска честота и голяма амплитуда.
За заваряване в далечни полета, т.е. заваръчната глава е далеч от заваръчния шев, например, когато е по-голяма от 12 mm, за заваряване се използва машина за заваряване с ниска честота и голяма амплитуда 15Khz.
Заваръчната машина 20Khz е подходяща за заваряване на повечето продукти с малки до средни размери, а също така е и най-широко използваната ултразвукова честота.
2. Материал
За ултразвуково заваряване на пластмаси е подходящо само за заваряване на термопласти. Тъй като те могат да се стопят в определен температурен диапазон. Термореактивните пластмаси се разграждат при нагряване и не могат да бъдат заварени с ултразвук.
Заваряемостта на термопластите зависи от твърдостта на материала или модула на еластичност, плътността, коефициента на триене, топлопроводимостта, специфичния топлинен капацитет, температурата на стъклен преход Tg или температурата на топене Tm.
Най-общо казано, твърдите пластмаси показват отлични заваръчни характеристики в далечно поле, тъй като по-лесно предават вибрационната енергия. Въпреки това, меките пластмаси с нисък еластичен модул са трудни за заваряване, тъй като отслабват ултразвуковите вибрации. Обратното важи за ултразвуковото занитване или точково заваряване. Колкото по-мека е пластмасата, толкова по-лесно е за занитване или точково заваряване.
Като цяло пластмасите могат да бъдат разделени на два вида: некристални (аморфни) и кристални. Ултразвуковата енергия лесно се предава в аморфни материали, така че аморфните пластмаси са лесни за ултразвуково заваряване. Ултразвуковата енергия не се предава лесно в кристални материали, така че са необходими по-голяма амплитуда и енергия при заваряване на кристални пластмаси и заварката трябва да бъде внимателно проектирана.
Факторите, които могат допълнително да повлияят на запояването, включват съдържание на влага, средства за освобождаване на плесени, смазочни материали, пластификатори, подобрители на пълнителите, пигменти, забавители на горенето и други добавки, както и действителната смола. Освен това трябва да се отбележи, че степента на съвместимост между различните материали е различна. Някои материали имат определена степен на съвместимост между определени класове, докато други са несъвместими.
И накрая, помислете дали заваряването е заваряване в близко поле или в далечно поле. Когато разстоянието от заваръчната глава до заваръчното ребро е по-малко от 6 мм, то се нарича заваряване в близко поле. По-голям от 6 мм' се нарича заваряване в далечно поле. Колкото по-голямо е разстоянието, толкова по-голямо е затихването на вибрациите и по-трудно заваряването.
3. Проектиране на заварени съединения
Най-важният и важен фактор, влияещ върху ултразвуковото заваряване, е конструкцията на фугата. Когато частите са в етап на проектиране, инженерите трябва внимателно да обмислят и оценят. Има различни дизайни на заварени съединения със свои собствени характеристики и предимства. Изборът на дизайн зависи от вида на пластмасата, геометрията на детайла, изискванията за заваряване, възможностите за шприцоване и изискванията за външен вид.
Типичен дизайн на фугата:
Триъгълно енергийно направляващо ребро. Това е най-често използваният дизайн при ултразвуково заваряване и най-лесният дизайн за шприцоване. Характеризира се с малък повдигнат триъгълник на равнината, горната част на триъгълника е 90 или 60 градуса. Тъй като острият му дизайн е лесен за насочване и концентриране на енергията на вибрациите, той се нарича енергийно направляващи ребра.
Дизайн на стъпков шев, лесно шприцоване, самопозициониране на горните и долните части, висока якост на заваряване, разтопен материал се влива във вертикалната междина
Дизайнът на набраздения шев, горната и долната част могат да бъдат самопозиционирани, с висока якост, добри уплътнителни характеристики и без мигане отвътре и отвън. Недостатъкът е, че се изисква определена дебелина на стената.
Дизайнът на срязващия шев обикновено се използва за заваряване на продукти с по-малък размер, които изискват уплътнение с висока якост, и е особено подходящ за заваряване на кристални пластмаси.
Шалните съединения, които обикновено се използват за части с кръгли или елипсовидни форми, осигуряват висока якост и високо уплътнение и са особено подходящи за заваряване на кристални пластмаси.
(Горното подробно обяснение на дизайна на заварката ще бъде представено в следваща статия).
За да определите кой дизайн на заварката е подходящ за вашия продукт, моля, консултирайте се с инженера или продавача на ултразвуковия производител.
4. Инструментална и заваръчна глава
Най-общо казано, клиентите ще изберат инструментални и заваръчни глави от същата марка като заваръчната машина. Всъщност можете свободно да изберете инструментална и заваръчна глава, предоставена от други марки, стига честотата на заваръчната глава да е същата като тази на оборудването.
Материалите за заваръчни глави могат да избират алуминиева сплав, титанова сплав и твърдосплавна стомана. Инструменталните материали могат да избират алуминиева сплав, неръждаема стомана и смола. Как да изберем материал, най-общо вземете предвид вида на пластмасата, съдържанието на стъклени влакна в материала, структурата и размера на фугата, якостта на заваряване и експлоатационния живот. Например, за да се удължи живота, заваръчната глава от карбидна стомана е най-добрият избор.
Ултразвуковите заваръчни глави могат да бъдат проектирани и оптимизирани с FEA (анализ на крайните елементи), което позволява на инженерите да оценят нивото на вибрации и напрежение на заваръчната глава преди действителното производство. Най-добрият дизайн на заваръчната глава е да има еднаква амплитуда на изхода и минимално напрежение. На горната снимка картината вляво е оптимизираната конструкция на предната заваръчна глава и амплитудната мощност е неравномерна. Вдясно, след оптимизация, амплитудата на изхода е еднаква.
При проектирането и производството на заваръчна глава трябва внимателно да се има предвид симетрията - симетрията на заваръчната глава е от решаващо значение. Асиметричната заваръчна глава причинява неаксиални вибрации. Радиалните вибрации значително ще увеличат напрежението и ще доведат до отказ на заваръчната глава.
Добрият дизайн на инструментите също е много важен. Инструментът има две основни функции: (1) подравняване на частите под заваръчната глава; (2) твърдо поддържат зоната на заваряване. Твърдата опора помага да се отразява ултразвуковата енергия до позицията на заваряване, поради което инструменталната екипировка обикновено е направена от металообработващи части.
За да се увеличи устойчивостта на износване на заваръчната глава и да се увеличи експлоатационният живот, повърхността на заваръчната глава може да бъде обработена с волфрамов карбид или хромиране. Инструментите могат да бъдат проектирани в секции, за да се поберат по-добре на продукта.
5. Параметри на заваряване
По време на процеса на заваряване параметрите на заваряване ще повлияят на резултата от заваряването. Тези параметри включват амплитуда, налягане на заваряване, натиск на спусъка, разстояние на заваряване и енергия на заваряване.
Различните видове пластмаси изискват различни амплитуди. Амплитудата може да бъде прецизирана чрез настройката на процента в софтуера или може да се регулира в широк диапазон чрез промяна на амплитудния модулатор с различно съотношение. Налягането при заваряване може да се регулира чрез копче или софтуерна настройка. Задействащото налягане означава, че когато заваръчната глава притиска продукта и налягането достигне определена зададена стойност, устройството започва да излъчва ултразвук. Тази стойност може да се регулира чрез копчето или настройките на софтуера.
Има няколко метода за контрол на процеса на ултразвуково заваряване:
Режим за заваряване по време, т.е.задайте продължителността на ултразвуковото заваряване.
Режим на дистанционно заваряване (режим на заваряване на позицията), т.е. задайте разстоянието или позицията на заваряване.
Енергиен режим на заваряване, който задава енергията на заваряване.
За различните продукти се прилагат различни режими на заваряване. Например заваряването с ламарина приема режим на енергийно заваряване, продуктите с големи толеранси на размерите приемат режим на заваряване от разстояние, а продуктите с високи изисквания за толеранс приемат режим на заваряване на позицията.
Ултразвуковото заваряване на пластмаса е специален процес. В ранния етап от разработването на продукта е необходимо да си сътрудничите с производителя на ултразвуково оборудване и да използвате опита на производителя на оборудване в тази област, за да оцените структурата на продукта и дизайна на заваръчните шевове и да проведете тестове за заваряване на проби. С цел подобряване на добива от последващо масово производство.
