Ultralydssvejsningsprocesparametre
De vigtigste procesparametre ved ultralydssvejsning er: amplitude, svejsetid, holdetid, svejsetryk, frekvens osv. Den bedste svejsespecifikation afhænger af de komponenter, der skal svejses, og det anvendte svejseudstyr. Justering af svejseparametre afhænger af delens størrelse og stivhed, især afstanden mellem svejsehovedets kontaktpunkt og svejsesamlingen. Svejseevnen er begrænset af plastens' s evne til at transmittere ultralydsvibrationer (og delene er ikke beskadigede).
1 frekvens
Almindeligt anvendte frekvenser til ultralyd er 20, 30 og 40 kHz, og 15 kHz bruges ofte til semikrystallinsk plast. 20 kHz er den mest anvendte ultralydsfrekvens, fordi den nødvendige amplitude og effekt til smeltning af termoplast ved denne frekvens er lette at nå, men det kan generere mange mekaniske vibrationer, der er vanskelige at kontrollere, og værktøjet bliver meget stort. En højere frekvens (40 kHz), der producerer mindre vibrationer, er mulig og anvendes generelt til svejsningsteknisk plast og forstærkede polymerer. Fordelene ved højfrekvent svejseudstyr inkluderer: lav støj, størrelse på små dele, forbedret delbeskyttelse (på grund af reduceret cyklisk stress og uselektiv opvarmning af det ydre område af ledgrænsefladen), forbedret mekanisk energistyring, lavere svejsetryk og hurtigere behandlingshastighed. Ulempen er, at det er vanskeligt at udføre svejsning på langt felt på grund af delernes lille størrelse, den reducerede effektkapacitet og den reducerede amplitude. Højfrekvente ultralydssvejsemaskiner bruges normalt til at svejse små præcisionsdele (såsom elektriske afbrydere) og dele, der kræver mindre nedbrydning af materiale. 15 kHz svejseren kan hurtigt svejse de fleste termoplastiske stoffer, i de fleste tilfælde mindre materialeforringelse end 20 kHz svejseren. Dele, der næppe kan svejses med 20 kHz (især dele fremstillet af højtydende gummi- og plastteknologi og udstyr) kan svejses effektivt med 15 kHz. Ved lavere frekvenser har svejsehovedet en længere resonanslængde og kan gøres større i alle dimensioner. En anden vigtig fordel ved at bruge 15 kHz er, at sammenlignet med anvendelse af højere frekvenser reducerer det dæmpningen af ultralydsbølger i plast i høj grad, hvilket muliggør svejsning af blødere plast og større afstandsfelter.
2 amplitude
Vellykket svejsning afhænger af den rette amplitude af svejsehovedets ende. For alle kombinationer af horn / svejsehoved er amplituden fast. Vælg amplituden i henhold til det materiale, der skal svejses for at opnå en passende grad af smeltning. Generelt kræver halvkrystallinsk plast mere energi end ikke-krystallinsk plast og kræver derfor større amplitude af spidsenden. Processtyring på moderne ultralydssvejsemaskiner muliggør gradering. Den høje amplitude bruges til at begynde at smelte, og den lave amplitude bruges til at kontrollere viskositeten af det smeltede materiale. Forøgelse af amplituden forbedrer svejsekvaliteten af forskydningsfugerdesigndelen. Når stivforbindelserne øges, forbedres svejsningskvaliteten, og svejsetiden falder. Ved ultralydssvejsning med energistyrestænger afhænger den gennemsnitlige varmetabshastighed (Qavg) af materialets komposittabsmodul (Eʺ), frekvens (ω) og virkende belastning (ε 0): Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
Komposittabsmodulet for termoplast er tæt forbundet med temperaturen. Når smeltepunktet eller glasovergangstemperaturen er nået, stiger tabsmodulet, og mere energi omdannes til varme. Efter opvarmningen starter, stiger temperaturen ved svejsegrænsefladen kraftigt (op til 1000 ℃ / s). Den virkende belastning er proportional med amplitude af svejsehovedet, så opvarmningen af svejsefladen kan styres ved at ændre amplituden. Amplitude er en vigtig parameter, der styrer strømningshastigheden af termoplastisk ekstrudering. Når amplituden er høj, er svejseinterfacets opvarmningshastighed højere, temperaturen stiger, og det smeltede materiale flyder hurtigere, hvilket fører til en stigning i molekylær orientering, et stort antal blink og en lavere svejsestyrke. Høj amplitude er nødvendig for at begynde at smelte. For lav amplitude producerer ujævn smeltning og for tidlig smeltestørring. Når amplituden øges, forbruges en større mængde vibrationsenergi i termoplasten, og de dele, der skal svejses, udsættes for større belastning. Når amplituden er konstant gennem hele svejsecyklussen, anvendes normalt den højeste amplitude, der ikke forårsager overdreven skade på de dele, der skal svejses. For krystallinsk plast som polyethylen og polypropylen er virkningen af amplitude meget større end for ikke-krystallinsk plast, såsom ABS og polystyren. Dette kan skyldes behovet for mere energi til smeltning og svejsning af krystallinsk plast. Amplituden kan justeres mekanisk (ved at skifte horn eller svejsehoved) eller elektrisk (ved at ændre spændingen, der leveres til transduceren). I praksis anvender den større amplitudejustering en mekanisk metode, og de finere bruger en elektrisk metode. Højt smeltepunktsmaterialer, svejser langt ude og halvkrystallinsk plast kræver generelt større amplitude end ikke-krystallinsk plast og svejse i nærmeste felt. Det typiske samlede amplitudeområde for amorf plast er 30-100 um, mens krystallinsk plast er 60-125 um. Amplitudeprofilering kan opnå god smelteflow og ensartet høj svejsestyrke. Til kombinerede amplitude og kraftniveauer anvendes høj amplitude og kraft til at begynde at smelte, og derefter falder amplitude og kraft for at reducere molekylorienteringen langs svejselinjen.
3 Svejsetid
Svejsetiden er det tidspunkt, hvor vibrationer påføres. Den passende svejsetid for hver applikation bestemmes ved eksperiment. Forøgelse af svejsetiden øger svejsens styrke, indtil den optimale tid er nået. En yderligere forøgelse af svejsetiden vil resultere i et fald i svejsestyrken eller kun en lille stigning i styrke, mens det samtidig øger svejseblinket og øger muligheden for delindbøjning. Det er vigtigt at undgå over-svejsning, da det vil producere overdreven flash, der skal beskæres, hvilket kan reducere svejsekvaliteten og skabe lækager i de dele, der skal forsegles. Svejsehovedet kan ridse overfladen. Ved længere svejsetider kan smeltning og brud også forekomme i dele langt væk fra samlingsområdet, især ved hullerne, svejselinjerne og skarpe hjørner i den støbte del.
4 Holdetid
Holdetrykstid refererer til den nominelle tid for delene, der skal kombineres og størknes under vibrationsfrit tryk efter svejsning. I de fleste tilfælde er det ikke en kritisk parameter, 0,3 ~ 0,5 s er generelt tilstrækkelig, medmindre den interne belastning er let at adskille den svejsede del (såsom en spiralfjeder komprimeret før svejsning).
5 tryk
Svejsetrykket tilvejebringer den statiske kraft, der kræves til kobling mellem svejsehovedet og delen, så vibrationer kan overføres til delen. Når det smeltede materiale ved leddet størkner under svejsecyklusens trykholdningsfase, sikrer den samme statiske belastning, at delene er integreret. Bestemmelsen af det optimale tryk er afgørende for god svejsning. Hvis trykket er for lavt, vil det medføre dårlig eller utilstrækkelig smelteflow i energioverførsel, hvilket fører til unødvendige lange svejsecyklusser. Forøgelse af svejsetrykket reducerer den nødvendige svejsetid for at opnå den samme forskydning. Hvis trykket er for højt, vil det medføre molekylær orientering langs strømningsretningen og reducere svejsens styrke, hvilket kan forårsage delindrykning. I ekstreme tilfælde, hvis trykket er for højt i forhold til amplitude af svejsehovedets ende, kan det overbelaste og stoppe svejsehovedet. Ved ultralydssvejsning kræver høj amplitude lavt tryk, og lav amplitude kræver højt tryk. Når amplituden øges, indsnævres det acceptable trykområde. Derfor er det vigtigste for høj amplitude at finde det bedste tryk. Mest ultralydssvejsning udføres under konstant tryk eller konstant kraft. For nogle enheder kan kraften ændres under cyklussen, dvs. kraftprofilering udføres, og svejsekraften reduceres under påføring af ultralydsenergi på delen. Svejsetrykket eller kraften, der falder i slutningen af svejsecyklussen, reducerer mængden af materiale, der ekstruderes fra samlingen, forlænger diffusionstiden mellem molekyler, reducerer molekylorienteringen og øger svejsningens styrke. For materialer med lavere smelteviskositet svarende til polyamid, kan dette øge svejsestyrken kraftigt.
6 Svejsetilstand
Svejsning efter tid kaldes en åben loop-proces. Dele, der skal svejses, samles i armaturet, før svejsehovedet falder ned og rører ved det. Derefter virker ultralydsbølgen på komponenten i en fast periode, normalt 0,2 til 1 s. Vellykket svejsning fandt ikke sted under denne proces. Vellykket svejsning er en ideel situation under den antagelse, at en fast svejsetid får en fast mængde energi til at virke på leddet, hvilket resulterer i en kontrolleret mængde smeltning. Faktisk er den effekt, der absorberes ved at opretholde amplituden fra en cyklus til den næste, ikke den samme. Dette skyldes flere faktorer (såsom tilpasningen mellem to dele). Fordi energi ændrer sig med magt og tid, og tiden er fast, vil den anvendte energi skifte fra den ene del til den næste. Til masseproduktion, hvor konsistens er vigtig, er dette klart uønsket. Energisvejsning er en lukket kredsløbsproces med feedbackkontrol. Ultrasonic maskinsoftware måler den absorberede effekt og justerer behandlingstiden for at levere den krævede energiindgang til leddet. Antagelsen af denne proces er, at hvis den energi, der forbruges af hver svejsning, er den samme, er mængden af smeltet materiale ved samlingen den samme hver gang. Den faktiske situation er dog, at der er energitab i svejsesættet og især ved grænsefladen mellem svejsehovedet og delen. Som et resultat kan nogle dele modtage mere energi end andre, hvilket kan forårsage inkonsekvent svejsestyrke. Svejsning efter afstand gør det muligt at samle dele i en bestemt svejsedybde. Denne driftsform afhænger ikke af tid, absorberet energi eller kraft og kompenserer for eventuelle dimensionelle afvigelser i den støbte del, hvilket således bedst sikrer, at den samme mængde plast smeltes i leddet hver gang. For at kontrollere kvaliteten kan der indstilles en grænse for den energi eller tid, der bruges til svejsning
