Параметри на процеса на ултразвуково заваряване
Основните параметри на процеса на ултразвуковото заваряване са: амплитуда, време на заваряване, време на задържащо налягане, налягане на заваряване, честота и др. Най-добрите спецификации на заваряване зависят от заваряваните части и използваното заваръчно оборудване. Настройката на параметрите на заваряване зависи от размера и твърдостта на детайла, особено от разстоянието между точката на контакт на заваръчната глава и заваръчната връзка. Способността за заваряване е ограничена от способността на пластмасата да предава ултразвукови вибрации (и частите не са повредени).
1. Честота
Често използваните честоти за ултразвук са 20, 30 и 40 kHz, а за полукристалните пластмаси - 15 kHz. 20 kHz е най-често използваната ултразвукова честота, тъй като е лесно да се получи амплитудата и мощността, необходими за топене на термопласти при тази честота, но може да генерира много механични вибрации, които е трудно да се контролират и инструментът става много голям. По-висока честота (40 kHz), която произвежда по-малко вибрации, е осъществима и обикновено се използва за заваряване на инженерни пластмаси и подсилени полимери. Предимствата на високочестотното заваръчно оборудване включват: нисък шум, малък размер на частите, подобрена защита на частите (поради намалено циклично напрежение и неселективно нагряване на външната зона на съединителната връзка), подобрен контрол на механичната енергия, намалено налягане при заваряване , и скоростта на обработка е по-бърза. Недостатъкът е, че е трудно да се извърши заваряване в далечно поле поради малкия размер на частите, намалената мощност и намалената амплитуда. Високочестотните ултразвукови заваръчни машини обикновено се използват за заваряване на малки прецизни части (като електрически превключватели) и части, които изискват по-малко влошаване на материала. 15 kHz заварчик може бързо да заварява повечето термопластични материали и в повечето случаи разграждането на материала не е толкова добро, колкото 20 kHz заварчика. Части, които са трудни за заваряване при 20 kHz (особено части, изработени от високопроизводителна каучукова и пластмасова технология и оборудване), могат да бъдат заварени с ефективност 15 kHz. При по-ниски честоти резонансната дължина на заваръчната глава е по-голяма и може да бъде увеличена във всички размери. Друго важно предимство на използването на 15 kHz е, че в сравнение с използването на по-високи честоти, това може значително да намали затихването на ултразвуковите вълни в пластмасите, така че да може да се заваряват по-меки пластмаси и да се постигне по-голямо разстояние от далечното поле.
2. Рамки
Успехът на заваряването зависи от правилната амплитуда на края на заваръчната глава. За всички комбинации клаксон / заваръчна глава амплитудата е фиксирана. Изберете амплитудата според материала, който ще се заварява, за да се получи подходящата степен на топене. Най-общо казано, полукристалните пластмаси изискват повече енергия от некристалните пластмаси и следователно изискват по-голяма амплитуда на върха. Контролът на процеса на съвременните ултразвукови заваръчни машини дава възможност за степенуване. Голямата амплитуда се използва за започване на топене, а ниската - за контрол на вискозитета на разтопения материал. Увеличението ще подобри качеството на заваряване на конструктивните части на срязващите съединения. За челните съединения, с увеличаване на амплитудата, качеството на заваряването ще се подобри и времето за заваряване ще намалее. Когато се използва енергиен направляващ прът за ултразвуково заваряване, средната скорост на загуба на топлина (Qavg) зависи от модула на съставните загуби (E "), честотата (ω) и действащото напрежение (ε0) на материала: Qavg=ωε02E" / 2
Модулът на композитните загуби на термопластите е тясно свързан с температурата. Когато точката на топене или температурата на стъкло преминаване се достигне, модулът на загубата се увеличава и повече енергия се превръща в топлина. След започване на нагряването, температурата на заваръчния интерфейс се повишава рязко (до 1000 ° C / s). Приложеното напрежение е пропорционално на амплитудата на завареното съединение, така че нагряването на заварения интерфейс може да се контролира чрез промяна на амплитудата. Амплитудата е важен параметър за контрол на потока от термопластична екструзия. Когато амплитудата е голяма, скоростта на нагряване на заваръчния интерфейс става по-висока, температурата се повишава и потокът на разтопения материал се ускорява, което води до увеличаване на молекулната ориентация, увеличаване на светкавицата и намаляване на якостта на заваряване. Необходима е висока амплитуда, за да започне топенето. Твърде ниската амплитуда ще доведе до неравномерно топене и преждевременно втвърдяване на стопилката. Когато амплитудата се увеличи, термопластичният материал ще консумира повече вибрационна енергия и частите, които трябва да бъдат заварени, ще понесат по-голямо напрежение. Когато амплитудата остава постоянна през целия цикъл на заваряване, обикновено се използва най-високата амплитуда, която няма да причини прекомерни повреди на заварените части. За кристалните пластмаси като полиетилен и полипропилен въздействието на амплитудата е много по-голямо от това на аморфните пластмаси като ABS и полистирол. Това може да се дължи на това, че топенето и заваряването на кристална пластмаса изисква повече енергия. Амплитудата може да се регулира механично (чрез смяна на клаксона или заваръчната глава) или електрически (чрез промяна на напрежението, подавано към преобразувателя). Всъщност механичните методи се използват за по-големи настройки, докато електрическите методи се използват за фини настройки. Материалите с висока точка на топене, заваряването в далечно поле и полукристалните пластмаси обикновено изискват по-голяма амплитуда от аморфните пластмаси и заваряването в близко поле. Типичният общ амплитуден диапазон на аморфните пластмаси е 30-100 μm, докато типичният общ амплитуден диапазон на кристалните пластмаси е 60-125 μm. Разпределението на амплитудата може да постигне добър поток на стопилката и постоянен висок. Амплитудният профил може да постигне добър поток на стопилката и постоянна висока якост на заваряване. За комбинираното ниво на амплитуда и сила използвайте по-голяма амплитуда и сила, за да започнете да се топите, след което намалете амплитудата и силата, за да намалите молекулярната ориентация по заваръчната линия.
3. Време за заваряване
Времето за заваряване е времето, когато се прилага вибрация. Експериментирайте, за да определите подходящото време на заваряване за всяко приложение. Увеличаването на времето за заваряване ще увеличи силата на заваряване, докато се достигне оптималното време. По-нататъшното увеличаване на времето за заваряване ще доведе до намаляване на якостта на заваряване или само до леко увеличаване на якостта, докато в същото време ще увеличи заваръчните резки и ще увеличи възможността за отстъп на части. Избягването на прекалено заваряване е важно, тъй като създава прекомерна светкавица, която трябва да бъде подрязана, което може да намали качеството на заварката и да причини изтичане на части, които трябва да бъдат запечатани. Заваръчната глава може да надраска повърхността. За по-дълги времена на заваряване може да се получи топене и счупване и в части далеч от мястото на съединението, особено в отвори, заварки и остри ъгли на формованите части.
4. Време за задържане
Времето на задържане се отнася до номиналното време за частите, които трябва да се слеят и втвърдят без вибрационно налягане след заваряване. В повечето случаи този параметър не е критичен параметър. Освен ако вътрешното натоварване не е лесно за разглобяване на заварената част (например спирална пружина, компресирана преди заваряване), обикновено са достатъчни 0,3 ~ 0,5 s.
5. Налягане
Заваръчното налягане осигурява статичната сила, необходима за свързване между заваръчната глава и детайла, така че вибрациите могат да се предават на детайла. В етапа на задържане на налягането в цикъла на заваряване, когато разтопеният материал в съединението се втвърди, същото статично натоварване може да осигури интегралната връзка на частите. Определянето на оптималното налягане е от съществено значение за доброто заваряване. Ако налягането е твърде ниско, това ще доведе до слаб или недостатъчен поток на стопилката при пренос на енергия, което ще доведе до ненужни дълги заваръчни цикли. Увеличаването на заваръчното налягане ще намали времето за заваряване, необходимо за постигане на същото изместване. Ако налягането е твърде високо, това ще доведе до молекулярна ориентация по посока на потока и ще намали силата на заваряване, което може да доведе до вдлъбване на детайла. В екстремни случаи, ако налягането е твърде високо спрямо края на заваръчната глава, това може да претовари заваръчната глава и да спре. При ултразвуково заваряване високата амплитуда изисква ниско налягане, а ниската амплитуда изисква високо налягане. С увеличаване на амплитудата приемливият диапазон на налягането се стеснява. Следователно най-важното за високата амплитуда е да се намери най-доброто налягане. Повечето ултразвукови заварявания се извършват при постоянно налягане или постоянна сила. За някои съоръжения можете да промените силата по време на цикъла, т.е. да извършите анализ на силовия профил и да намалите силата на заваряване по време на прилагането на ултразвукова енергия към детайла. Намаленото заваръчно налягане или сила в края на заваръчния цикъл ще намали количеството на материала, екструдиран от съединението, ще удължи времето на дифузия между молекулите, ще намали молекулярната ориентация и ще увеличи якостта на заваряване. За материали с по-нисък вискозитет на стопилката, подобен на полиамида, това може значително да увеличи якостта на заваряване.
6. Метод на заваряване
Времето за заваряване се нарича процес с отворен цикъл. Преди да се свали и докосне заваръчната глава, частите, които трябва да бъдат заварени, се сглобяват в приспособлението. След това ултразвукът ще действа върху детайла за определен период от време, обикновено от 0,2 до 1 s. По време на този процес заваряването не е извършено успешно. Предполагайки, че фиксираното време на заваряване кара фиксирано количество енергия да действа върху съединението и води до контролируемо количество топене, успешното заваряване е идеална ситуация. Всъщност мощността, погълната от поддържане на амплитудата от един цикъл до следващия, не е еднаква. Това се дължи на множество фактори (например напасването между две части). Тъй като енергията варира в зависимост от мощността и времето и времето е фиксирано, приложената енергия се променя от една част в друга. За масовото производство, където е важна последователността, това е очевидно нежелателно. Енергийното заваряване е процес със затворен цикъл с контрол на обратната връзка. Ултразвуковият софтуер на машината измерва погълнатата мощност и регулира времето за обработка, за да достави необходимата вложена енергия в ставите. Предполагането на този процес е, че ако енергията, консумирана от всяко заваряване, е еднаква, количеството разтопен материал на всяка връзка е еднакво. Реалната ситуация обаче е, че в заваръчния комплект има загуба на енергия, особено на интерфейса между заваръчната глава и детайла. В резултат на това някои части могат да получат повече енергия от други, което може да доведе до непостоянна сила на заваряване. Заваряването чрез разстояние позволява съединяването на части на определена дълбочина на заваряване. Този режим на работа не зависи от времето, абсорбираната енергия или мощност и може да компенсира всякакви отклонения в размерите на формованата част, като по този начин най-добре гарантира, че едно и също количество пластмаса се разтапя във фугата всеки път. За да се контролира качеството, може да се зададе ограничение на енергията или времето, използвано за образуване на заваръчния шев.
