Ultraäänihitsausprosessin parametrit
Ultraäänihitsauksen tärkeimmät prosessiparametrit ovat: amplitudi, hitsausaika, pitopaine, hitsauspaine, taajuus jne. Parhaat hitsausominaisuudet riippuvat hitsattavista osista ja käytetyistä hitsauslaitteista. Hitsausparametrien säätö riippuu osan koosta ja jäykkyydestä, erityisesti etäisyydestä hitsauspään kosketuspisteen ja hitsausliitoksen välillä. Hitsauskykyä rajoittaa muovin kyky siirtää ultraäänivärähtelyjä (ja osat eivät ole vahingoittuneet).
1. taajuus
Yleisesti käytetyt ultraäänitaajuudet ovat 20, 30 ja 40 kHz ja puolikiteisillä muoveilla 15 kHz. 20 kHz on yleisimmin käytetty ultraäänitaajuus, koska lämpömuovien sulattamiseksi tällä taajuudella tarvitaan helposti amplitudi ja teho, mutta se voi tuottaa monia mekaanisia värähtelyjä, joita on vaikea hallita, ja työkalusta tulee erittäin suuri. Korkeampi taajuus (40 kHz), joka tuottaa vähemmän tärinää, on toteutettavissa ja sitä käytetään yleensä teknisten muovien ja vahvistettujen polymeerien hitsaamiseen. Suurtaajuisten hitsauslaitteiden etuja ovat: matala melutaso, pieni osakoko, parannettu osien suojaus (pienentyneen syklisen rasituksen ja liitosrajapinnan ulkopinnan epäselektiivisen lämmityksen vuoksi), mekaanisen energian parempi hallinta, alennettu hitsauspaine , ja käsittelynopeus on nopeampi. Haittana on, että kaukokenttähitsausta on vaikea suorittaa osien pienen koon, pienemmän tehokapasiteetin ja pienemmän amplitudin vuoksi. Suurtaajuisia ultraäänihitsauskoneita käytetään yleensä pienten tarkkuusosien (kuten sähkökytkinten) ja osien, jotka vaativat vähemmän materiaalin hajoamista, hitsaamiseen. 15 kHz: n hitsaaja voi nopeasti hitsata useimmat kestomuovit, ja useimmissa tapauksissa materiaalin hajoaminen ei ole yhtä hyvä kuin 20 kHz: n hitsaaja. Osat, joita on vaikea hitsata taajuudella 20 kHz (erityisesti osat, jotka on valmistettu korkean suorituskyvyn kumi- ja muovitekniikasta ja laitteista), voidaan hitsata 15 kHz: n hyötysuhteella. Pienemmillä taajuuksilla hitsauspään resonanssipituus on pidempi ja sitä voidaan tehdä suuremmaksi kaikissa koissa. Toinen tärkeä etu 15 kHz: n käytöllä on, että verrattuna korkeampien taajuuksien käyttöön se voi vähentää huomattavasti ultraääniaaltojen vaimennusta muoveissa, jotta pehmeämmät muovit voidaan hitsata ja saavuttaa suurempi kaukokentän etäisyys.
2. kehykset
Hitsauksen onnistuminen riippuu hitsauspäiden oikeasta amplitudista. Kaikille sarvi / hitsauspäiden yhdistelmille amplitudi on kiinteä. Valitse amplitudi hitsattavan materiaalin mukaan sopivan sulamisasteen saavuttamiseksi. Yleisesti ottaen puolikiteiset muovit vaativat enemmän energiaa kuin ei-kiteiset muovit ja vaativat siksi suurempaa kärjen amplitudia. Nykyaikaisten ultraäänihitsauskoneiden prosessinohjaus mahdollistaa luokittelun. Suurta amplitudia käytetään sulamisen aloittamiseen ja pientä amplitudia käytetään sulan materiaalin viskositeetin säätämiseen. Lisäys parantaa leikkausliitososien hitsauslaatua. Peräsaumoissa, kun amplitudi kasvaa, hitsauksen laatu paranee ja hitsausaika lyhenee. Kun käytetään energiaohjaustankoa ultraäänihitsauksessa, keskimääräinen lämpöhäviöaste (Qavg) riippuu materiaalin yhdistelmähäviömoduulista (Eʺ), taajuudesta (ω) ja vaikuttavasta rasituksesta (ε0): Qavg=ωε02Eʺ / 2
Kestomuovien häviömoduuli on läheisessä yhteydessä lämpötilaan. Kun sulamispiste tai lasittumislämpötila saavutetaan, häviömoduuli kasvaa ja enemmän energiaa muuttuu lämmöksi. Lämmityksen alkamisen jälkeen hitsausliitännän lämpötila nousee voimakkaasti (jopa 1000 ° C / s). Käytetty rasitus on verrannollinen hitsatun liitoksen amplitudiin, joten hitsatun rajapinnan lämmitystä voidaan hallita muuttamalla amplitudia. Amplitudi on tärkeä parametri termoplastisen suulakepuristuksen virtauksen hallitsemiseksi. Kun amplitudi on suuri, hitsausrajapinnan kuumenemisnopeus kasvaa, lämpötila nousee ja sulan materiaalin virtaus kiihtyy, mikä johtaa molekyylisuunnan lisääntymiseen, salaman lisääntymiseen ja hitsauslujuuden vähenemiseen. Suuri amplitudi on välttämätön sulamisen aloittamiseksi. Liian pieni amplitudi aiheuttaa epätasaisen sulamisen ja sulan ennenaikaisen jähmettymisen. Kun amplitudi kasvaa, kestomuovimateriaali kuluttaa enemmän tärinäenergiaa, ja hitsattavat osat kärsivät suuremmasta rasituksesta. Kun amplitudi pysyy vakiona koko hitsausjakson ajan, käytetään yleensä suurinta amplitudia, joka ei aiheuta liiallista vahinkoa hitsatuille osille. Kiteisten muovien, kuten polyeteenin ja polypropeenin, amplitudin vaikutus on paljon suurempi kuin amorfisten muovien, kuten ABS: n ja polystyreenin, vaikutus. Tämä voi johtua siitä, että kiteisen muovin sulaminen ja hitsaus vaatii enemmän energiaa. Amplitudia voidaan säätää mekaanisesti (vaihtamalla sarvea tai hitsauspäätä) tai sähköisesti (muuttamalla anturiin syötettyä jännitettä). Itse asiassa mekaanisia menetelmiä käytetään suurempiin säätöihin, kun taas sähköisiä menetelmiä käytetään hienosäätöihin. Korkean sulamispisteen omaavat materiaalit, kaukokenttähitsaus ja puolikiteiset muovit vaativat yleensä suuremman amplitudin kuin amorfinen muovi ja lähikenttähitsaus. Amorfisten muovien tyypillinen kokonaisamplitudialue on 30-100 μm, kun taas kiteisten muovien tyypillinen kokonaisamplitudialue on 60-125 μm. Amplitudijakaumalla voidaan saavuttaa hyvä sulavirta ja tasainen korkea. Amplitudiprofiililla voidaan saavuttaa hyvä sulavirta ja tasainen korkea hitsauslujuus. Yhdistetyn amplitudin ja voimatason saavuttamiseksi käytä suurempaa amplitudia ja voimaa sulamisen aloittamiseksi, vähennä sitten amplitudia ja voimaa vähentääksesi molekyylin suuntaa hitsilinjaa pitkin.
3.hitsausaika
Hitsausaika on aika, jolloin tärinä kohdistuu. Kokeile sopivan hitsausajan määrittämiseksi kullekin sovellukselle. Hitsausajan pidentäminen lisää hitsauslujuutta, kunnes saavutetaan optimaalinen aika. Hitsausajan lisäys johtaa hitsauslujuuden vähenemiseen tai vain vähäiseen lujuuden kasvuun, samalla kun se lisää hitsausjyrsimiä ja lisää osittaisen sisennyksen mahdollisuutta. Liiallisen hitsaamisen välttäminen on tärkeää, koska se aiheuttaa liikaa salamaa, joka on leikattava, mikä voi heikentää hitsin laatua ja aiheuttaa tiivistettävien osien vuotamisen. Hitsauspää voi naarmuttaa pintaa. Pidemmillä hitsausajoilla sulamista ja murtumista voi esiintyä myös osissa, jotka ovat kaukana liitosalueesta, erityisesti reikissä, hitsissä ja muovattujen osien terävissä kulmissa.
4. pitoaika
Pidätysaika viittaa osien nimellisaikaan, joka sulautetaan ja jähmettyy hitsauksen jälkeen ilman tärinäpaineita. Useimmissa tapauksissa tämä parametri ei ole kriittinen parametri. Ellei sisäistä kuormaa ole helppo purkaa hitsatusta osasta (kuten ennen hitsausta puristettu kelajousi), yleensä riittää 0,3 ~ 0,5 s.
5. paine
Hitsauspaine tuottaa staattisen voiman, joka tarvitaan hitsauspään ja osan kytkemiseen, joten tärinä voidaan siirtää osaan. Hitsaussyklin paineenpitovaiheessa, kun liitoksessa oleva sula materiaali jähmettyy, sama staattinen kuorma voi varmistaa osien kiinteän liitoksen. Optimaalisen paineen määrittäminen on välttämätöntä hyvälle hitsaukselle. Jos paine on liian alhainen, se aiheuttaa huono tai riittämätön sulavirta energiansiirrossa, mikä johtaa tarpeettomiin pitkiin hitsausjaksoihin. Hitsauspaineen lisääminen vähentää saman siirtymän saavuttamiseen tarvittavaa hitsausaikaa. Jos paine on liian korkea, se aiheuttaa molekyylisuuntauksen virtaussuunnassa ja vähentää hitsauslujuutta, mikä voi aiheuttaa osan sisennyksen. Äärimmäisissä tapauksissa, jos paine on liian korkea suhteessa hitsauspään päähän, se voi ylikuormittaa hitsauspäätä ja pysähtyä. Ultraäänihitsauksessa korkea amplitudi vaatii matalan paineen ja pieni amplitudi korkean paineen. Kun amplitudi kasvaa, hyväksyttävä painealue kapenee. Siksi tärkein asia suurelle amplitudille on löytää paras paine. Suurin osa ultraäänihitsauksesta suoritetaan vakiopaineessa tai jatkuvassa voimassa. Joissakin laitteissa voit muuttaa voimaa jakson aikana, ts. Suorittaa voimaprofiilianalyysin ja vähentää hitsausvoimaa, kun osaan kohdistetaan ultraäänienergiaa. Pienentynyt hitsauspaine tai -voima hitsausjakson lopussa vähentää liitoksesta puristetun materiaalin määrää, pidentää molekyylien välistä diffuusioaikaa, vähentää molekyylin suuntautumista ja lisää hitsauslujuutta. Materiaalien, joiden sulaviskositeetti on pienempi kuin polyamidi, tämä voi suuresti lisätä hitsin lujuutta.
6.hitsausmenetelmä
Aikahitsausta kutsutaan avoimen silmukan prosessiksi. Ennen hitsauspään pudottamista ja koskettamista hitsattavat osat kootaan kiinnikkeeseen. Sitten ultraääni vaikuttaa osaan kiinteän ajan, yleensä 0,2 - 1 s. Hitsaus ei onnistunut tämän prosessin aikana. Jos oletetaan, että kiinteä hitsausaika saa aikaan kiinteän määrän energiaa vaikuttamaan liitokseen ja johtaa hallittavaan määrään sulamista, onnistunut hitsaus on ihanteellinen tilanne. Itse asiassa absorboitunut teho ylläpitämällä amplitudia jaksosta toiseen ei ole sama. Tämä johtuu monista tekijöistä (esimerkiksi sopivuus kahden osan välillä). Koska energia vaihtelee tehon ja ajan mukaan, ja aika on kiinteä, käytetty energia muuttuu osasta toiseen. Massatuotannossa, jossa johdonmukaisuus on tärkeää, tämä on selvästi epätoivottavaa. Energiahitsaus on suljetun piirin prosessi, jossa on takaisinkytkentä. Ultraäänikoneohjelmisto mittaa absorboidun tehon ja säätää prosessointiaikaa tarvittavan energian syöttämiseksi niveliin. Tämän prosessin oletuksena on, että jos jokaisen hitsauksen kuluttama energia on sama, sulan materiaalin määrä kussakin liitännässä on sama. Todellinen tilanne on kuitenkin se, että hitsauspaketissa on energiahäviö, erityisesti hitsauspään ja osan välisessä rajapinnassa. Tämän seurauksena jotkut osat voivat saada enemmän energiaa kuin toiset, mikä voi aiheuttaa epäjohdonmukaisen hitsauslujuuden. Hitsaus etäisyyden avulla mahdollistaa osien liittämisen tietyllä hitsaussyvyydellä. Tämä toimintatapa ei riipu ajasta, absorboidusta energiasta tai tehosta, ja se voi kompensoida mahdolliset mittapoikkeamat muovatussa osassa varmistamalla siten parhaiten, että sama määrä muovia sulaa liitoksessa joka kerta. Laadun hallitsemiseksi voidaan asettaa raja hitsin muodostamiseen käytetylle energialle tai ajalle.
