Ultrasoniske sveiseprosessparametere
De viktigste prosessparametrene for ultralydsveising er: amplitude, sveisetid, holdetid, sveistrykk, frekvens osv. Den beste sveisespesifikasjonen avhenger av komponentene som skal sveises og sveiseutstyret som brukes. Justering av sveiseparametere avhenger av størrelsen og stivheten til delen, spesielt avstanden mellom sveisehodets kontaktpunkt og sveiseskjøten. Sveiseevnen er begrenset av plastens' s evne til å overføre ultralydsvibrasjon (og delene blir ikke skadet).
1 frekvens
Vanlige frekvenser for ultralyd er 20, 30 og 40 kHz, og 15 kHz brukes ofte til halvkrystallinsk plast. 20 kHz er den mest brukte ultralydfrekvensen, fordi amplituden og kraften som er nødvendig for å smelte termoplast ved denne frekvensen er lett å nå, men det kan generere mange mekaniske vibrasjoner som er vanskelige å kontrollere, og verktøyet blir veldig stort. En høyere frekvens (40 kHz) som produserer mindre vibrasjoner er mulig, og brukes vanligvis til sveisingsteknikkplast og forsterkede polymerer. Fordelene med høyfrekvent sveiseutstyr inkluderer: lite støy, størrelse på små deler, forbedret delbeskyttelse (på grunn av redusert syklisk belastning og uselektiv oppvarming av det ytre området av leddgrensesnittet), forbedret mekanisk energikontroll, lavere sveisetrykk og raskere prosesseringshastighet. Ulempen er at det er vanskelig å utføre fjernsveising på grunn av den lille størrelsen på delene, redusert effektkapasitet og redusert amplitude. Høyfrekvente ultrasoniske sveisemaskiner brukes vanligvis til å sveise små presisjonsdeler (for eksempel elektriske brytere) og deler som krever mindre materialnedbrytning. Sveiseren på 15 kHz kan raskt sveise de fleste termoplastene, i de fleste tilfeller mindre materialnedbrytning enn 20 kHz sveiseren. Deler som knapt kan sveises med 20 kHz (spesielt de som er laget av høyytelses gummi- og plastteknologi og utstyr) kan sveises effektivt med 15 kHz. Ved lavere frekvenser har sveisehodet lengre resonanslengde og kan gjøres større i alle dimensjoner. En annen viktig fordel med å bruke 15 kHz er at sammenlignet med bruk av høyere frekvenser, reduserer det dempningen av ultralydbølger i plast sterkt, slik at sveising av mykere plast og større fjernfeltavstander muliggjøres.
2 amplitude
Vellykket sveising avhenger av riktig amplitude på enden av sveisehodet. For alle kombinasjoner av horn / sveisehode er amplituden fast. Velg amplituden i henhold til materialet som skal sveises for å oppnå en passende grad av smelting. Generelt krever semi-krystallinsk plast mer energi enn ikke-krystallinsk plast, og krever derfor større amplitude av spissenden. Prosesskontroll på moderne ultralydssveisemaskiner muliggjør gradering. Den høye amplituden brukes til å begynne å smelte, og den lave amplituden brukes til å kontrollere viskositeten til det smeltede materialet. Å øke amplituden vil forbedre sveisekvaliteten til skjærleddet. Når stivfuglene øker, forbedres sveiskvaliteten og sveisetiden reduseres. Ved ultralydsveising med energistyrestenger avhenger den gjennomsnittlige varmetapshastigheten (Qavg) av kompositt-tapmodulen (Eʺ), frekvensen (ω) og den virkende belastningen (ε 0) av materialet: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
Den sammensatte tapsmodulen til termoplast er nært knyttet til temperaturen. Når smeltepunktet eller glassovergangstemperaturen er nådd, øker tapsmodulen og mer energi omdannes til varme. Etter at oppvarmingen starter, øker temperaturen ved sveisegrensesnittet kraftig (opptil 1000 ℃ / s). Den virkende belastningen er proporsjonal med sveisehodets amplitude, slik at oppvarmingen av sveisegrensesnittet kan kontrolleres ved å endre amplituden. Amplitude er en viktig parameter som styrer strømningshastigheten til termoplastisk ekstrudering. Når amplituden er høy, er sveisegrensesnittets oppvarmingshastighet høyere, temperaturen stiger, og det smeltede materialet strømmer raskere, noe som fører til en økning i molekylær orientering, et stort antall blink og en lavere sveisestyrke. Høy amplitude er nødvendig for å begynne å smelte. For lav amplitude gir ujevn smelting og for tidlig smeltestolning. Når amplituden økes, forbrukes en større mengde vibrasjonsenergi i termoplasten, og delene som skal sveises utsettes for større belastning. Når amplituden er konstant gjennom hele sveisesyklusen, brukes vanligvis den høyeste amplituden som ikke vil forårsake overdreven skade på delene som skal sveises. For krystallinsk plast som polyetylen og polypropylen er virkningen av amplituden mye større enn for ikke-krystallinsk plast som ABS og polystyren. Dette kan skyldes behovet for mer energi for smelting og sveising av krystallplast. Amplituden kan justeres mekanisk (ved å bytte horn eller sveisehode) eller elektrisk (ved å endre spenningen som leveres til svingeren). I praksis vedtar den større amplitudejusteringen en mekanisk metode, og de finere bruker en elektrisk metode. Materialer med høyt smeltepunkt, sveiseveier og halvkrystallinsk plast krever vanligvis større amplitude enn ikke-krystallinsk plast og sveise i nærheten av feltet. Det typiske totale amplitudeområdet for amorf plast er 30-100 μm, mens det for krystallinsk plast er 60-125 μm. Amplitudeprofilering kan oppnå god smelteflyt og jevn høy sveisestyrke. For kombinerte amplitude- og kraftnivåer brukes høy amplitude og kraft til å begynne å smelte, og deretter reduseres amplitude og kraft for å redusere molekylær orientering langs sveiselinjen.
3 Sveisetid
Sveisetiden er tiden vibrasjon påføres. Riktig sveisetid for hver applikasjon bestemmes av eksperiment. Å øke sveisetiden vil øke sveisestyrken til den optimale tiden er nådd. En ytterligere økning i sveisetiden vil føre til en reduksjon i sveisestyrke eller bare en liten økning i styrke, samtidig som det vil øke sveiseblink og øke muligheten for delinnrykk. Det er viktig å unngå oversveising, da det vil gi overdreven blits som må trimmes, noe som kan redusere sveisekvaliteten og skape lekkasjer i delene som må tettes. Sveisehodet kan klø overflaten. For lengre sveisetider kan smelting og brudd også forekomme i deler langt borte fra skjøtområdet, spesielt ved hullene, sveiselinjene og skarpe hjørner i den støpte delen.
4 Holdetid
Holdetrykkstid refererer til den nominelle tiden for delene som skal kombineres og størknes under vibrasjonsfritt trykk etter sveising. I de fleste tilfeller er det ikke en kritisk parameter, 0,3 ~ 0,5 s er generelt tilstrekkelig, med mindre den interne belastningen er lett å demontere den sveisede delen (for eksempel en spiralfjær komprimert før sveising).
5 trykk
Sveisetrykket gir den statiske kraften som kreves for kobling mellom sveisehodet og delen slik at vibrasjon kan overføres til delen. Når det smeltede materialet ved skjøten stivner under sveisesyklusens trykkholdingsfase, sikrer den samme statiske belastningen at delene er integrert. Bestemmelsen av det optimale trykket er viktig for god sveising. Hvis trykket er for lavt, vil det føre til dårlig eller utilstrekkelig smelteflyt i energioverføring, noe som fører til unødvendige lange sveisesykluser. Å øke sveisetrykket vil redusere sveisetiden som kreves for å oppnå samme forskyvning. Hvis trykket er for høyt, vil det forårsake molekylær orientering langs strømningsretningen og redusere sveisens styrke, noe som kan forårsake delinnrykk. I ekstreme tilfeller, hvis trykket er for høyt i forhold til amplituden til enden av sveisehodet, kan det overbelaste og stoppe sveisehodet. Ved ultralydsveising krever høy amplitude lavt trykk, og lav amplitude krever høyt trykk. Når amplituden øker, reduseres det akseptable trykkområdet. Derfor er det viktigste for høy amplitude å finne det beste trykket. Mest ultralydsveising utføres under konstant trykk eller konstant kraft. For noen enheter kan kraften endres under syklusen, det vil si at kraftprofilering utføres, og sveisekraften reduseres under påføring av ultralydsenergi på delen. Sveisetrykket eller kraften som synker på slutten av sveisesyklusen reduserer mengden materiale ekstrudert fra skjøten, forlenger diffusjonstiden mellom molekyler, reduserer molekylær orientering og øker sveisenes styrke. For materialer med lavere smelteviskositet som ligner på polyamid, kan dette øke sveisestyrken sterkt.
6 Sveisemodus
Sveising etter tid kalles en prosess med åpen sløyfe. Delene som skal sveises monteres i armaturet før sveisehodet faller og berører. Deretter virker ultralydbølgen på komponenten i en bestemt tidsperiode, vanligvis 0,2 til 1 s. Vellykket sveising skjedde ikke under denne prosessen. Vellykket sveising er en ideell situasjon under forutsetningen om at en fast sveisetid fører til at en fast mengde energi virker på leddet, noe som resulterer i en kontrollert mengde smelting. Faktisk er ikke effekten absorbert ved å opprettholde amplituden fra en syklus til den neste ikke den samme. Dette skyldes flere faktorer (for eksempel passingen mellom to deler). Fordi energi endres med kraft og tid, og tiden er fast, vil den anvendte energien endres fra en del til en annen. For masseproduksjon der konsistens er viktig, er dette helt klart uønsket. Energisveising er en lukket sløyfeprosess med tilbakemeldingskontroll. Programvare for ultralydsmaskin måler den absorberte kraften og justerer behandlingstiden for å levere den nødvendige energiinngangen til skjøten. Antagelsen om denne prosessen er at hvis energien som brukes av hver sveise er den samme, er mengden smeltet materiale ved skjøten den samme hver gang. Den faktiske situasjonen er imidlertid at det er energitap i sveisesettet og spesielt ved grensesnittet mellom sveisehodet og delen. Som et resultat kan noen deler få mer energi enn andre, noe som kan forårsake inkonsekvent sveisestyrke. Sveising etter avstand gjør at deler kan skjøtes på en bestemt sveisedybde. Denne driftsmåten avhenger ikke av tid, absorbert energi eller kraft, og kompenserer for eventuelle dimensjonsavvik i den støpte delen, og sørger dermed best for at samme mengde plast smeltes i skjøten hver gang. For å kontrollere kvaliteten kan det settes en grense for energien eller tiden som brukes til å danne sveisen
