Parametri ultrazvočnega varjenja
Glavni procesni parametri ultrazvočnega varjenja so: amplituda, čas varjenja, čas zadrževalnega tlaka, varilni tlak, frekvenca itd. Najboljše specifikacije varjenja so odvisne od delov, 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, da prenaša ultrazvočne vibracije (in deli niso poškodovani).
1. Frekvenca
Pogosto uporabljene frekvence za ultrazvok so 20, 30 in 40 kHz, za polkristalno plastiko pa 15 kHz. 20 kHz je najpogosteje uporabljena ultrazvočna frekvenca, ker je enostavno doseči amplitudo in moč, potrebne za taljenje termoplastov pri tej frekvenci, lahko pa 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 dela, izboljšano zaščito dela (zaradi zmanjšane ciklične napetosti in neselektivnega segrevanja zunanjega območja spoja spoja), izboljšan nadzor mehanske energije, zmanjšan varilni tlak in Hitrost obdelave je hitrejša. Pomanjkljivost je, da je zaradi majhnosti delov, zmanjšane moči 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 in v večini primerov razgradnja materiala ni tako dobra kot varilec 20 kHz. Deli, ki jih je težko variti pri 20 kHz (zlasti deli iz visoko zmogljive gume in plastične tehnologije in opreme), je mogoče variti pri učinkovitosti 15 kHz. Pri nižjih frekvencah je resonančna dolžina varilne glave daljša in jo je mogoče povečati v vseh velikostih. Druga pomembna prednost uporabe 15 kHz je ta, da lahko v primerjavi z uporabo višjih frekvenc močno zmanjša slabljenje ultrazvočnih valov v plastiki, tako da je mogoče mehkejše plastike variti in doseči večjo razdaljo v daljnem polju.
2. Okvirji
Uspeh varjenja je odvisen 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 konice. Nadzor postopka na sodobnih ultrazvočnih varilnih napravah omogoča razvrščanje. Visoka amplituda se uporablja za začetek taljenja, nizka amplituda pa za nadzor viskoznosti staljenega materiala. Povečanje bo izboljšalo kakovost varjenja delov zasnove strižnih spojev. Ko se amplituda povečuje, se pri varjenju spojev izboljša kakovost varjenja in čas varjenja se zmanjša. Pri uporabi vodilne palice za ultrazvočno varjenje je povprečna stopnja toplotnih izgub (Qavg) odvisna od modula sestavljene izgube (E "), frekvence (ω) in delujočega deformacije (ε0) materiala: Qavg=ωε02E" / 2
Modul sestavljene izgube termoplastov je tesno povezan s temperaturo. Ko je doseženo tališče ali temperatura prehoda stekla, se modul izgube poveča in več energije se pretvori v toploto. Po zagonu ogrevanja temperatura varilnega vmesnika močno naraste (do 1000 ° C / s). Napetost je sorazmerna z amplitudo varjenega spoja, zato lahko ogrevanje varjenega vmesnika nadziramo s spreminjanjem amplitude. Amplituda je pomemben parameter za nadzor pretoka termoplastične ekstruzije. Ko je amplituda velika, se hitrost ogrevanja varilnega vmesnika poveča, temperatura naraste in tok staljenega materiala se pospeši, kar vodi do povečanja molekularne usmerjenosti, povečanja bliskavice in zmanjšanja varilne trdnosti. Za začetek taljenja je potrebna velika amplituda. Prenizka amplituda bo povzročila neenakomerno taljenje in prezgodnje strjevanje taline. Ko se amplituda poveča, bo termoplastični material porabil več energije vibracij, deli, ki jih je treba variti, pa bodo imeli večje obremenitve. Kadar amplituda ostane nespremenjena skozi ves varilni cikel, se običajno uporablja največja amplituda, ki ne bo povzročila pretirane škode na varjenih delih. Pri kristalni plastiki, kot sta polietilen in polipropilen, je amplitudni vpliv veliko večji kot vpliv amorfne plastike, kot sta ABS in polistiren. Razlog za to je, da taljenje in varjenje kristalne plastike zahteva več energije. Amplitudo lahko prilagodite mehansko (s spreminjanjem sirene ali varilne glave) ali električno (s spreminjanjem napetosti, ki se dovaja na pretvornik). Dejansko se za večje nastavitve uporabljajo mehanske metode, medtem ko se za fine nastavitve uporabljajo električne metode. Materiali z visokim tališčem, varjenje na daljnem polju in polkristalna plastika običajno zahtevajo večjo amplitudo kot amorfna plastika in varjenje blizu polja. Tipično skupno amplitudno območje amorfne plastike je 30-100 μm, medtem ko je tipično skupno amplitudno območje kristalne plastike 60-125 μm. Z porazdelitvijo amplitude lahko dosežemo dober tok taline in konstantno visoko. Profil amplitude lahko dosežemo dober tok taline in stalno visoko varilno trdnost. Za kombinirano amplitudo in raven sile uporabite večjo amplitudo in silo, da začnete taljenje, nato zmanjšajte amplitudo in silo, da zmanjšate molekularno usmerjenost vzdolž zvara.
3. čas varjenja
Čas varjenja je čas uporabe vibracij. Poskusite določiti ustrezen čas varjenja za vsako aplikacijo. Povečanje varilnega časa bo povečalo varilno moč, dokler ne bo dosežen optimalni čas. Nadaljnje povečanje varilnega časa bo povzročilo zmanjšanje varilne trdnosti ali le rahlo povečanje trdnosti, hkrati pa bo povečalo varilne rupe in povečalo možnost delne vdolbine. Izogibanje prekomernemu varjenju je pomembno, ker ustvarja prekomerno bliskavico, 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 spoja, zlasti v luknjah, zvarih in ostrih vogalih oblikovanih delov.
4. Čas držanja
Čas zadrževanja se nanaša na nominalni čas za dele, ki se po varjenju spajajo in strdijo brez pritiska vibracij. V večini primerov ta parameter ni kritičen. Če notranje obremenitve ni enostavno razstaviti varjenega dela (na primer vijačne vzmeti, stisnjene pred varjenjem), običajno zadošča 0,3 ~ 0,5 s.
5. Tlak
Varilni tlak zagotavlja statično silo, potrebno za spenjanje med varilno glavo in delom, tako da se na del lahko prenašajo vibracije. V fazi držanja tlaka varilnega cikla, ko se staljeni material na spoju strdi, lahko enaka statična obremenitev zagotovi celostno povezavo delov. 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 varilno trdnost, kar lahko povzroči vdrtino dela. V izjemnih primerih, če je tlak previsok glede na konec varilne glave, lahko preobremeni varilno glavo in se ustavi. 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 lahko med ciklom spremenite silo, to je, opravite analizo profila sile in med uporabo ultrazvočne energije na del zmanjšate varilno silo. Zmanjšan varilni tlak ali sila na koncu varilnega cikla bo zmanjšal količino materiala, iztisnjenega iz spoja, podaljšal čas difuzije med molekulami, zmanjšal molekularno usmerjenost in povečal varilno trdnost. Za materiale z nižjo viskoznostjo taline, podobno poliamidu, lahko to močno poveča trdnost zvara.
6. Metoda varjenja
Časovno varjenje se imenuje postopek z odprto zanko. Preden varilno glavo spustite in se je dotaknete, se deli, ki jih je treba variti, sestavijo v pritrdilni element. Nato ultrazvok deluje na del določeno časovno obdobje, običajno od 0,2 do 1 s. Varjenje med tem postopkom ni bilo uspešno izvedeno. Ob predpostavki, da fiksni čas varjenja povzroči, da na spoj deluje fiksna količina energije in povzroči nadzorovano količino taljenja, je uspešno varjenje idealna situacija. 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 glede na moč in čas in je čas fiksiran, se uporabljena energija spreminja 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. Programska oprema ultrazvočnega stroja meri absorbirano moč in prilagodi čas obdelave, da dovede zahtevano vloženo energijo v sklepe. Predpostavka tega postopka je, da če je energija, ki jo porabi posamezno varjenje, enaka, je količina staljenega materiala na vsaki povezavi enaka. Dejansko pa je, da v varilnem kompletu pride do izgube energije, zlasti na vmesniku med varilno glavo in delom. Posledično lahko nekateri deli prejmejo več energije kot drugi, kar lahko povzroči neskladne varilne trdnosti. Varjenje na daljavo omogoča spajanje delov na določeni globini varjenja. Ta način delovanja ni odvisen od časa, absorbirane energije ali moči in lahko kompenzira kakršna koli dimenzijska odstopanja v oblikovanem delu in tako najbolje zagotovi, da se v spoju vsakič stopi enaka količina plastike. Za nadzor kakovosti je mogoče določiti mejo energije ali časa, porabljenega za zvar.
