Uobičajeni problemi i rješenja za ultrazvučno zavarivanje
Osnovni princip ultrazvučnog zavarivanja je pretvaranje visokofrekventne električne energije u visokofrekventnu vibracijsku mehaničku energiju. Ova klipna vibracija prenosi se na termoplastiku ili metal, a trenje i toplina nastaju na spoju plastike i plastike, plastike i metala ili metala i metala.
U ultrazvučnom zavarivanju, trenje stvara toplinu za spajanje dviju površina materijala. U ultrazvučnom zakivanju glava za zavarivanje kontrolira protok rastopljene plastike, oblikovanje i prešanje dijelova. U ultrazvučnoj montaži matice, glava za zavarivanje ubacuje metalnu maticu u plastiku.
Ultrazvučni sistem za zavarivanje ima razne mogućnosti konfiguracije, uključujući različite frekvencije (15Khz-50Khz), različite snage (600W-4800W) i razne oblike, kao što su pneumatski ultrazvučni aparati za zavarivanje, servo ultrazvučni aparati za zavarivanje, ručni aparati za zavarivanje, ne- standardni aparati za zavarivanje, metalni ultrazvučni aparati za zavarivanje i tako dalje.
Mnogo je čimbenika koji utječu na uspjeh ultrazvučnog zavarivanja: kalup (uključujući gornju glavu za zavarivanje i donji donji kalup), učestalost, materijal, dizajn zavara, parametri zavarivanja i brizganje dijelova. U ovom članku uvodimo 5 glavnih čimbenika.
1. Učestalost sistema za zavarivanje
Učestalost tipičnog ultrazvučnog sistema za zavarivanje je 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz i 40Khz. Potrebno je odabrati prikladnu učestalost zavarivanja prema zahtjevima veličine proizvoda, vrsta unutarnjih komponenata, čvrstoće i izgleda. Generalno, možete se pozvati na sljedeće principe:
Za male i precizne elektronske proizvode (uključujući PCB ploče i mikroelektronske komponente) zavarivanje ljuskom, koristite visokofrekventni aparat za zavarivanje od 40Khz. Aparat za zavarivanje od 40 khz ima manju amplitudu i najmanji pritisak za zavarivanje, što može izbjeći oštećenje unutarnjih elektroničkih komponenata proizvoda.
Za male proizvode koji zahtijevaju izgled površine klase A. Zavaren je aparatom za zavarivanje od 40Khz, koji može poboljšati izgled zbog male amplitude i pritiska.
Za zavarivanje dijelova srednje veličine i velike veličine upotrijebite niskofrekventne aparate za zavarivanje 15Khz ili 20Khz.
Za mekše materijale kao što su PP i tankozidni proizvodi slabe krutosti, za zavarivanje se koristi aparat za zavarivanje niske frekvencije od 15 khz.
Za zavarivanje u dalekim poljima, odnosno glava za zavarivanje je daleko od šava za zavarivanje, na primjer, kada je veća od 12 mm, za zavarivanje se koristi aparat za zavarivanje od 15 Khz s niskom frekvencijom i velikom amplitudom.
Aparat za zavarivanje od 20Khz pogodan je za zavarivanje većine proizvoda male do srednje veličine, a ujedno je i najčešće korištena ultrazvučna frekvencija.
2. Materijal
Za ultrazvučno zavarivanje plastike pogodno je samo za zavarivanje termoplasta. Jer se mogu topiti u određenom temperaturnom opsegu. Termoreaktivna plastika se razgrađuje zagrijavanjem i ne može se zavariti ultrazvukom.
Zavarljivost termoplasta ovisi o krutosti materijala ili modulu elastičnosti, gustini, koeficijentu trenja, toplinskoj vodljivosti, specifičnom toplotnom kapacitetu, temperaturi staklenog prijelaza Tg ili temperaturi topljenja Tm.
Uopšteno govoreći, kruta plastika pokazuje izvrsne performanse zavarivanja na daljinu, jer lakše prenosi energiju vibracija. Međutim, meku plastiku s niskim modulom elastičnosti teško je zavariti jer umanjuje ultrazvučne vibracije. Suprotno vrijedi za ultrazvučno zakivanje ili točkovno zavarivanje. Što je plastika mekša, to je lakše zakovicama ili točkovnim zavarivanjem.
Općenito, plastika se može podijeliti u dvije vrste: nekristalnu (amorfnu) i kristalnu. Ultrazvučna energija se lako prenosi u amorfnim materijalima, pa je amorfna plastika laka za ultrazvučno zavarivanje. Ultrazvučna energija se ne prenosi lako u kristalnim materijalima, pa su potrebna veća amplituda i energija prilikom zavarivanja kristalne plastike, a zavar mora biti pažljivo dizajniran.
Čimbenici koji mogu dalje utjecati na lemljivost uključuju sadržaj vlage, sredstva za oslobađanje plijesni, maziva, plastifikatore, pojačivače punila, pigmente, usporivače gorenja i druge aditive, kao i stvarni stupanj smole. Pored toga, treba napomenuti da je stepen kompatibilnosti različitih materijala različit. Neki materijali imaju određeni stupanj kompatibilnosti između određenih razreda, dok su drugi nekompatibilni.
Na kraju, razmotrite je li zavarivanje zavarivanje blizu polja ili zavarivanje u daljini. Kada je udaljenost od glave za zavarivanje do rebra za zavarivanje manja od 6 mm, naziva se zavarivanje u blizini polja. Veći od 6 mm' naziva se zavarivanje u dalekom polju. Što je veća udaljenost, veće je prigušivanje vibracija i zavarivanje je teže.
3. Dizajn zavarenih spojeva
Najvažniji i najvažniji faktor koji utječe na ultrazvučno zavarivanje je dizajn spojeva. Kada su dijelovi u fazi projektiranja, inženjeri bi trebali pažljivo razmotriti i procijeniti. Postoje različiti dizajni zavarenih spojeva sa svojim karakteristikama i prednostima. Izbor dizajna ovisi o vrsti plastike, geometriji dijela, zahtjevima za zavarivanje, mogućnostima brizganja i zahtjevima izgleda.
Tipični dizajn spojeva:
Trokutasti dizajn rebara za vođenje energije. Ovo je najčešće korišten dizajn u ultrazvučnom zavarivanju i najlakši dizajn za injekcijsko prešanje. Karakterizira ga mali podignuti trokut na ravnini, vrh trokuta je 90 ili 60 stepeni. Budući da je njegov dizajn oštrih tačaka lako voditi i koncentrirati energiju vibracija, naziva se rebrima za vođenje energije.
Dizajn šavova u obliku koraka, lako ubrizgavanje u kalup, samopozicioniranje gornjih i donjih dijelova, velika čvrstoća zavarivanja, rastopljeni materijal ulijeva se u vertikalni razmak.
Dizajn šavova s ožljebljenim gornjim i donjim dijelovima može se postaviti u položaj visoke čvrstoće, dobrih karakteristika brtvljenja i bez treperenja iznutra i izvana. Nedostatak je u tome što je potrebna određena debljina zida.
Dizajn reznog šava obično se koristi za zavarivanje manjih proizvoda koji zahtijevaju brtvljenje velike čvrstoće, a posebno je pogodan za zavarivanje kristalne plastike.
Zglobovi šalova, koji se obično koriste na dijelovima okruglog ili eliptičnog oblika, pružaju visoku čvrstoću i visoko brtvljenje, a posebno su pogodni za zavarivanje kristalne plastike.
(Gornje detaljno objašnjenje dizajna zavara bit će predstavljeno u sljedećem članku).
Da biste utvrdili koji dizajn zavara odgovara vašem proizvodu, obratite se inženjeru ili prodavaču proizvođača ultrazvuka.
4. Alat i glava za zavarivanje
Uopšteno govoreći, kupci će odabrati alate i glave za zavarivanje iste marke kao i aparat za zavarivanje. U stvari, možete slobodno odabrati alate i glavu za zavarivanje drugih marki, pod uvjetom da je frekvencija glave za zavarivanje jednaka frekvenciji opreme.
Materijali za glavu za zavarivanje mogu odabrati leguru aluminija, leguru titana i tvrdo legirani čelik. Materijali za alate mogu odabrati leguru aluminija, nehrđajući čelik i smolu. Kako odabrati materijal, općenito uzmite u obzir vrstu plastike, sadržaj staklenih vlakana u materijalu, strukturu i veličinu spoja, čvrstoću zavarivanja i vijek trajanja. Na primjer, da bi se produžio životni vijek, glava za zavarivanje od karbidnog čelika je najbolji izbor.
Ultrazvučne glave za zavarivanje mogu se dizajnirati i optimizirati pomoću FEA (Analiza konačnih elemenata), omogućavajući inženjerima da procijene nivo vibracija i naprezanja glave za zavarivanje prije stvarne proizvodnje. Najbolji dizajn glave za zavarivanje je imati jednaku amplitudu izlaza i minimalno naprezanje. Na gornjoj slici, slika s lijeve strane je optimiziran dizajn prednje glave za zavarivanje, a amplituda je nejednaka. S desne strane, nakon optimizacije, izlazna amplituda je ujednačena.
U dizajnu i proizvodnji glave za zavarivanje, mora se pažljivo voditi računa o simetriji - simetrija glave za zavarivanje je presudna. Asimetrična glava za zavarivanje uzrokuje neosne vibracije. Radijalne vibracije uvelike će povećati naprezanje i uzrokovati otkazivanje glave za zavarivanje.
Dobar dizajn alata je takođe vrlo važan. Alat ima dvije glavne funkcije: (1) poravnavanje dijelova ispod glave za zavarivanje; (2) čvrsto podupiru područje zavarivanja. Čvrsti nosač pomaže u odbijanju ultrazvučne energije u položaj zavara, zbog čega je alat obično izrađen od dijelova za obradu metala.
Da bi se povećala otpornost na habanje glave za zavarivanje i povećao vijek trajanja, površina glave za zavarivanje može se obraditi volframovim karbidom ili hromiranjem. Alat se može dizajnirati u dijelovima kako bi se bolje uklopio u proizvod.
5. Parametri zavarivanja
Tijekom postupka zavarivanja, parametri zavarivanja utjecat će na rezultat zavarivanja. Ovi parametri uključuju amplitudu, tlak zavarivanja, tlak okidača, udaljenost zavarivanja i energiju zavarivanja.
Različite vrste plastike zahtijevaju različite amplitude. Amplituda se može precizno podesiti podešavanjem procenta u softveru ili se može podesiti u širokom opsegu promenom modulatora amplitude sa različitim odnosom. Pritisak zavarivanja može se podesiti gumbom ili softverskim podešavanjem. Pritisak okidača znači da kada glava za zavarivanje pritisne proizvod i tlak dosegne određenu zadanu vrijednost, uređaj počinje emitirati ultrazvuk. Ova vrijednost se može podesiti pomoću gumba ili postavki softvera.
Postoji nekoliko metoda upravljanja postupkom ultrazvučnog zavarivanja:
Vremenski način zavarivanja, odnosno postavljanje trajanja ultrazvučnog zavarivanja.
Način zavarivanja na daljinu (položaj zavarivanja), odnosno podesite udaljenost ili položaj zavarivanja.
Način zavarivanja energijom, koji podešava energiju zavarivanja.
Za različite proizvode primjenjuju se različiti načini zavarivanja. Na primjer, zavarivanje limova usvaja način zavarivanja energijom, proizvodi s velikim dimenzijskim tolerancijama prihvaćaju način zavarivanja na daljinu, a proizvodi s visokim tolerancijama zauzimaju položaj zavarivanja.
Ultrazvučno zavarivanje plastike je poseban postupak. U ranoj fazi razvoja proizvoda potrebno je surađivati s proizvođačem ultrazvučne opreme i koristiti iskustvo proizvođača opreme u ovom polju za procjenu strukture proizvoda i dizajn zavara te provođenje ispitivanja zavarivanja na uzorcima. Kako bi se poboljšao prinos naknadne masovne proizvodnje.
