Parametri ultrazvočnega varjenja
Glavni procesni parametri ultrazvočnega varjenja so: amplituda, čas varjenja, čas zadrževalnega tlaka, varilni tlak, frekvenca itd. Najboljša specifikacija varjenja je odvisna od komponent, ki jih je treba variti, in od varilne opreme, ki jo uporabljamo. Prilagoditev varilnih parametrov je odvisna od velikosti in togosti dela, zlasti razdalje med kontaktno točko varilne glave in varilnim spojem. Varilna sposobnost je omejena s sposobnostjo plastike' prenašati ultrazvočne vibracije (in deli niso poškodovani).
1 frekvenca
Pogosto uporabljene frekvence za ultrazvok so 20, 30 in 40 kHz, 15 kHz pa se pogosto uporabljajo za polkristalno plastiko. 20 kHz je najpogosteje uporabljena ultrazvočna frekvenca, saj je amplituda in moč, potrebna za taljenje termoplastov na tej frekvenci, lahko dosegljiva, vendar lahko ustvari veliko mehanskih vibracij, ki jih je težko nadzorovati, in orodje postane zelo veliko. Izvedljiva je višja frekvenca (40 kHz), ki povzroči manj vibracij, in se običajno uporablja za varjenje inženirske plastike in ojačanih polimerov. Prednosti visokofrekvenčne varilne opreme vključujejo: majhen hrup, majhnost delov, izboljšano zaščito delov (zaradi zmanjšanja cikličnih napetosti in neselektivnega segrevanja zunanjega območja spoja), izboljšan mehanski nadzor energije, nižji varilni tlak in hitrejši hitrost obdelave. Pomanjkljivost je, da je zaradi majhnosti delov, zmanjšane zmogljivosti in zmanjšane amplitude težko izvajati varjenje na daljnem polju. Visokofrekvenčni ultrazvočni varilni aparati se običajno uporabljajo za varjenje majhnih, natančnih delov (kot so električna stikala) in delov, ki zahtevajo manj razgradnje materiala. Varilnik 15 kHz lahko hitro zvari večino termoplastov, v večini primerov pa manj razgradnje materiala kot varilec 20 kHz. Deli, ki jih je komaj mogoče zvariti z 20 kHz (zlasti tiste iz visokozmogljive gume in plastične tehnologije in opreme), lahko učinkovito varimo s 15 kHz. Pri nižjih frekvencah ima varilna glava daljšo resonančno dolžino in jo je mogoče povečati v vseh dimenzijah. Druga pomembna prednost uporabe 15 kHz je ta, da v primerjavi z uporabo višjih frekvenc močno zmanjša slabljenje ultrazvočnih valov v plastiki, kar omogoča varjenje mehkejše plastike in večje razdalje v daljnem polju.
2 amplitudi
Uspešno varjenje je odvisno od ustrezne amplitude konca varilne glave. Pri vseh kombinacijah sirene / varilne glave je amplituda fiksna. Izberite amplitudo glede na material, ki ga želite variti, da dobite ustrezno stopnjo taljenja. Na splošno polkristalna plastika zahteva več energije kot nekristalna plastika in zato zahteva večjo amplitudo konca konice. Nadzor postopka na sodobnih ultrazvočnih varilnih napravah omogoča gradacijo. Visoka amplituda se uporablja za začetek taljenja, nizka amplituda pa za nadzor viskoznosti staljenega materiala. Povečanje amplitude bo izboljšalo kakovost zvara konstrukcijskega dela strižnega spoja. Pri povezovanju amplitude pri čelnih spojih se kakovost zvara izboljša in čas varjenja zmanjša. Pri ultrazvočnem varjenju z energetskimi vodilnimi palicami je povprečna stopnja toplotnih izgub (Qavg) odvisna od modula sestavljene izgube (E "), frekvence (ω) in delujoče napetosti (ε 0) materiala: Qavg=ωε 02 E" / 2
Modul sestavljene izgube termoplastov je tesno povezan s temperaturo. Ko je doseženo tališče ali temperatura steklenega prehoda, se modul izgube poveča in več energije se pretvori v toploto. Po zagonu ogrevanja temperatura na varilnem vmesniku močno naraste (do 1 000 ℃ / s). Delujoča napetost je sorazmerna z amplitudo varilne glave, zato je ogrevanje varilnega vmesnika mogoče nadzirati s spreminjanjem amplitude. Amplituda je pomemben parameter, ki nadzoruje pretok termoplastične ekstruzije. Ko je amplituda velika, je hitrost ogrevanja vmesnika za varjenje večja, temperatura narašča in staljeni material teče hitreje, kar vodi do povečanja molekularne usmerjenosti, večjega števila bliskavic in manjše trdnosti zvara. Za začetek taljenja je potrebna velika amplituda. Prenizka amplituda povzroči neenakomerno taljenje in prezgodnje strjevanje taline. Ko se amplituda poveča, se v termoplasti porabi več energije vibriranja, deli, ki jih je treba variti, pa so izpostavljeni večjim obremenitvam. Kadar je amplituda skozi ves varilni cikel konstantna, se običajno uporablja največja amplituda, ki ne bo povzročila pretirane škode na delih, ki jih je treba variti. Pri kristalni plastiki, kot sta polietilen in polipropilen, je amplitudni vpliv veliko večji kot pri nekristalni plastiki, kot sta ABS in polistiren. To je lahko posledica potrebe po več energije za taljenje in varjenje kristalne plastike. Amplitudo lahko nastavite mehansko (s spreminjanjem sirene ali varilne glave) ali električno (s spreminjanjem napetosti, ki se dovaja na pretvornik). V praksi se pri večji amplitudni nastavitvi uporabi mehanska metoda, pri finih pa se uporablja električna metoda. Materiali z visokim tališčem, zvari na daljšem polju in polkristalna plastika običajno zahtevajo večjo amplitudo kot nekristalna plastika in zvari blizu polja. Tipično skupno amplitudno območje amorfne plastike je 30-100 μm, medtem ko je pri kristalni plastiki 60-125 μm. Z amplitudnim profiliranjem lahko dosežemo dober tok taline in stalno visoko trdnost zvara. Za kombinirane ravni amplitude in sile se za začetek taljenja uporabljata velika amplituda in sila, nato pa se amplituda in sila zmanjšata, da se zmanjša molekulska usmerjenost vzdolž zvarne črte.
3 Čas varjenja
Čas varjenja je čas uporabe vibracij. Ustrezen čas varjenja za vsako aplikacijo določimo s poskusom. Povečanje varilnega časa bo povečalo trdnost zvara, dokler ne bo dosežen optimalni čas. Nadaljnje podaljšanje varilnega časa bo povzročilo zmanjšanje trdnosti zvara ali le rahlo povečanje trdnosti, hkrati pa bo povečalo utrip zvara in povečalo možnost delne vdolbine. Pomembno je, da se izognete prekomernemu varjenju, saj bo prišlo do prekomerne bliskavice, ki jo je treba obrezati, kar lahko zmanjša kakovost zvara in povzroči puščanje delov, ki jih je treba zatesniti. Varilna glava lahko opraska površino. Za daljši čas varjenja lahko pride do taljenja in loma tudi v delih, ki so daleč od območja fuge, zlasti na luknjah, varilnih linijah in ostrih vogalih v oblikovanem delu.
4 Čas zadrževanja
Čas zadrževalnega tlaka se nanaša na nominalni čas delov, ki se po varjenju združijo in strdijo pod tlakom brez vibracij. V večini primerov to ni kritičen parameter, na splošno zadostuje 0,3 ~ 0,5 s, razen če je notranja obremenitev enostavno razstaviti varjeni del (na primer tuljava, stisnjena pred varjenjem).
5 pritisk
Varilni tlak zagotavlja statično silo, potrebno za spenjanje med varilno glavo in delom, tako da se lahko vibracije prenašajo v del. Ko se staljeni material na spoju strdi med fazo varjenja pod pritiskom varilnega cikla, enaka statična obremenitev zagotavlja, da so deli integrirani. Določitev optimalnega tlaka je bistvenega pomena za dobro varjenje. Če je tlak prenizek, bo povzročil slab ali nezadosten pretok taline pri prenosu energije, kar bo povzročilo nepotrebne dolge varilne cikle. Povečanje varilnega tlaka bo zmanjšalo čas varjenja, potreben za doseganje enakega premika. Če je tlak previsok, bo povzročil molekularno orientacijo vzdolž smeri toka in zmanjšal trdnost zvara, kar lahko povzroči vdrtino dela. Če je tlak v ekstremnih primerih previsok glede na amplitudo konca varilne glave, lahko preobremeni in ustavi varilno glavo. Pri ultrazvočnem varjenju velika amplituda zahteva nizek tlak, nizka amplituda pa visok tlak. Ko se amplituda povečuje, se sprejemljivo območje tlaka zoži. Zato je za visoko amplitudo najpomembneje najti najboljši tlak. Večina ultrazvočnega varjenja se izvaja pod stalnim pritiskom ali konstantno silo. Pri nekaterih napravah se sila med ciklom lahko spremeni, to pomeni, da se izvede profiliranje sile, varilna sila pa se zmanjša med uporabo ultrazvočne energije na del. Varilni tlak ali sila, ki pade na koncu varilnega cikla, zmanjša količino materiala, iztisnjenega iz spoja, podaljša čas difuzije med molekulami, zmanjša molekularno usmerjenost in poveča trdnost zvara. Za materiale z nižjo viskoznostjo taline, podobno poliamidu, lahko to močno poveča trdnost zvara.
6 Način varjenja
Varjenje s časom se imenuje postopek z odprto zanko. Deli, ki jih je treba variti, se sestavijo v napeljavo, preden varilna glava pade in se dotakne. Nato ultrazvočni val deluje na komponento določeno časovno obdobje, običajno od 0,2 do 1 s. Med tem postopkom ni prišlo do uspešnega varjenja. Uspešno varjenje je idealna situacija ob predpostavki, da fiksni čas varjenja povzroči, da na spoj deluje fiksna količina energije, kar povzroči nadzorovano količino taljenja. Dejansko moč, ki jo absorbira vzdrževanje amplitude iz enega cikla v drugega, ni enaka. Razlog za to je več dejavnikov (na primer prileganje dveh delov). Ker se energija spreminja z močjo in časom in je čas fiksiran, se bo uporabljena energija spreminjala iz enega dela v drugega. Za množično proizvodnjo, kjer je doslednost pomembna, je to očitno nezaželeno. Energijsko varjenje je postopek z zaprto zanko s povratnim nadzorom. Ultrazvočna programska oprema stroja meri absorbirano moč in prilagodi čas obdelave, da v sklep dostavi zahtevano vloženo energijo. Predpostavka tega postopka je, da če je energija, ki jo porabi vsak zvar, enaka, je količina staljenega materiala na spoju vsakič enaka. Dejansko pa je, da v varilnem kompletu in zlasti na vmesniku med varilno glavo in delom pride do izgube energije. Posledično lahko nekateri deli prejmejo več energije kot drugi, kar lahko povzroči neskladne trdnosti zvara. Varjenje na daljavo omogoča spajanje delov na določeni globini varjenja. Ta način delovanja ni odvisen od časa, absorbirane energije ali moči in kompenzira kakršna koli dimenzijska odstopanja v kalupu, kar najbolje zagotavlja, da se v spoju vsakič stopi enaka količina plastike. Za nadzor kakovosti je mogoče določiti mejo energije ali časa, porabljenega za zvar
