Ултразвуково заваряване на пластмаси

Принцип на действие на ултразвуковото заваряване

Всеки процес на свързване на пластмаса чрез използване на енергия за преобразуване (в този случай механичен до термичен) се е състоял на два етапа:

• Първият етап: нагряващи материали с увеличаващи се дифузионни процеси в зоната на непосредствена контакт.
• Вторият етап: появата на силни връзки между вискозни течности, които водят до образуването на интегрален шев.

Схема за получаване на връзки чрез ултразвук

Класическият метод за получаване на ултразвукова заварка на пластмаси се различава от подобен метод за метални изделия. Основната разлика е в схемата на въвеждане на вълнова енергия и паралелно механично влияние. Свързването на пластмаси не изисква високи налягания и такива високи топилни точки, така че се улеснява различното ултразвуково заваряване.

Тя включва основните дейности:

1. Свързване на генератора на електрически ултразвукови трептения с честота от 20 000 Hz.
2. Преобразуването на тези колебания в механични надлъжни колебания посредством специален преобразувател.
3. Свързването на надлъжно осцилиращия вълновод е перпендикулярно на заварената връзка за входа на вече преобразуваната вибрационна енергия.

Провеждат се следните процеси:

1. Преходът на механичната енергия във вълнова енергия, който се придружава от бързо загряване на контактната зона на вълноводния и материала към течното състояние на втория. В този случай вълноводът осигурява подходящи условия за нагряване на материалите и за точна концентрация на енергия, дължаща се на приложеното статично налягане.
2. На свой ред, приложената динамична сила се осигурява благодарение на колебание на самия вълновод и действа за повишаване на температурата на нагревателната зона.

В резултат на това: както статичното, така и динамичното налягане за заваряване на пластмаси са насочени по един компонент, перпендикулярен на свързаните части, и всеки от тях изпълнява определена задача:

• динамичен - постигане на необходимите точки на топене;
• статичен - появата на силни връзки с връзки.

Същата схема на свързване чрез ултразвукови колебания позволява да се свързват и различни материали (пластмаси - метал) или тези, в които точката на топене се различава няколко пъти.

Основни параметри и възможности за ултразвукова връзка

Оборудването за ултразвуково заваряване се основава на коригирането на следните параметри:

• вълноводна трептения амплитуда - контроли време за заваряване и силата на полученото съединение;
• честотата на електрически колебания;
• продължителност на импулса (скорост на заваряване);
• статистически (налягане на заваряване) - зависи от амплитудата на заваряването и влияе върху качеството на получената връзка;
• механично налягане (силата на натискане на вълновия водач към материала);
• допълнителни параметри: температура на подгряване на пробата, размер и форма на материалите, предварително приложено механично налягане на вълновия водач и т.н.

Ултразвуковото заваряване в определен режим се характеризира със стойностите на тези параметри, а комплектът е индивидуален за получаване на различни шевове. В лабораторията се избират определени съоръжения, както и оптимални параметри за качествена връзка. Оценката на специалните заваръчни режими се извършва след проверка на връзките за деформация, плътност и други различни дефекти.

Видове ултразвукова заварка

Важен фактор освен режима на заваряване е работният цикъл на получаване на самото съединение. Избраното оборудване, диаграмата на свързващия механизъм и продължителността на импулсите определят цикъла, през който преминават ултразвуковите заваръчни работи.

Класификация на ултразвуковото заваряване

По степен на механизация:

• Механична. Фиксирани параметри на работа с вълноводни машини, продуктът се движи.
• Ръчно. Извършва се с помощта на заваръчен пистолет, който се движи по заварения шев.

Чрез метода за доставяне на енергия за материала:

• Еднопосочен. Успокоява се при заваряване на детайли с голяма дебелина.
• Двустранно.

По начина, по който се движи вълноводът, ултразвуковото заваряване може да се случи:

• Pressovaya - кратко пулсово действие, едно вълноводно движение.
• непрекъснат - дългосрочно въздействие на вълновия водач, дължащо се на непрекъснато движение с постоянна скорост по отношение на частите за заваряване.

Чрез принципа на измерване на входната енергия, ултразвуковото заваряване се извършва с:

• предварително определено време на процеса.
• предварително фиксиран проект.
• определено отклонение.
• кинетичен компонент на процеса. Дозиране на входящата енергия в зависимост от амплитудата на движението на заваръчната опора.

По природа на преноса на енергия:

• Контакт заваряване. Използва се за постигане на равномерно разпределение на енергията по цялата повърхност на свързване на детайли с дебелина до 1,5 мм. Принципът по правило се осъществява в оборудване за заварени съединения на изделия от меки пластмаси с висок коефициент на затихване на вибрациите: полиетилен, полипропилен, филми и синтетични тъкани.
• Трансфер на заваряване. При високи акустични свойства на материала (висок модул на еластичност) се използва метод, при който оборудването осъществява механични вибрации в определени точки. Ниската енергийна атенюация на ултразвуковата вълна позволява да се разпространява независимо и да осигурява надеждна връзка на материалите. Такова ултразвуково заваряване се използва главно за закачалки и Т-фуги от твърда пластмаса: полистирол, полиметилметакрилат, капрон, полиамиди, поликарбонат. Но може да се използва и за получаване на прегънати фуги от меки пластмаси, които са предварително замразени до температурата на преход на стъкло.

Методът за прехвърляне на механична енергия към заваръчната зона, както и възможността за нейното разпространение, зависи пряко от еластичния модул и коефициента на отслабване на ултразвуковите вълни за даден материал. Тези два параметъра са основните при избора на метода за заваряване на пластмаса и неговите основни параметри.

Предимства и недостатъци на пластичното комбиниране чрез ултразвук

Ултразвуковото заваряване поради основните му предимства се разпространява на почти всички нива на производство и в различни области на човешката дейност.

Основните предимства на ултразвуковото заваряване:

• Висока производителност при минимални разходи.
• Възможност за получаване на механично стабилно херметично свързване на части с голяма дебелина.
• Възможност за заваряване на повърхности, замърсени с различни продукти без предварително почистване.
• Отстраняване на възможността за прегряване на свързването на цялата конструкция поради локализирането на генерирана топлина за заваряване.
• При заваряване не се полага напрежение директно върху повърхностите на частите, без да се създава радиосмущения.
• Възможност за приготвяне на шевове с различна гама (от непрекъснато свързване на няколко километра, разположено на работното място, за да се забелязват заварки при отстраняване на дефекти по повърхността на пластмасите) и при различни условия.
• Възможност за комбиниране на няколко операции: заваряване и пръскане или заваряване и рязане в различна равнина.
• Позволява да закрепвате почти всички видове пластмаси.
• Възможност за получаване на незабележима връзка на материали, при условие, че режимът на заваряване е правилно избран.
• Не изисква използването на консумативи, включително и тези, които са вредни за човешките разтворители и лепилото.

Недостатъци при използване на ултразвукова връзка:

• Относително ниска мощност на процеса на заваряване, която често води до необходимостта от използване на двупосочен метод за доставяне на енергия.
• Липса на точен и практически неразрушим метод за контрол на качеството на шева с ултразвукова връзка на пластмасите.

Възможно е да се използват всички предимства на този метод за пластмаси, само ако режимът на заваряване е избран правилно, което не винаги е възможно при ръчно изпълнение. Извършвайки ултразвукова връзка от собствените си ръце, е необходимо или да имате таблица с препоръчителни параметри, предназначени за определени заварени шевове, или експериментално "да запълниш ръката".

Оборудване за ултразвукова заварка

Ултразвуковото заваряване включва следното оборудване в концепцията за свързване на пластмаси:

1. генератор;
2. на пресата;
3. част 1;
4. точка 2;
5. Имайки;
6. електромеханична осцилаторна система;
7. конвертор;
8. предаване на вълновод;
9. заваръчен инструмент.

Основните компоненти на индустриално завареното оборудване са:

• Електромеханична осцилаторна заваръчна система.

Акустичното оборудване е генератор, който генерира електрически ултразвукови колебания (честота на трептене повече от 16 kHz) и ги преобразува в механични трептения със същата честота. Той също така определя нивото и начина на пренос на енергия и е отговорен за вибрационната скорост на заваръчния процес.

• Магнитострикционен или пиезокерамичен конвертор.

Преобразувателят на електрическата енергия в механичната енергия на трептенията се използва в оборудване с двупосочно захранване. Това оборудване изисква въздушно или водно охлаждане.

• Трансформатор на еластичните колебания.

Това оборудване е връзката между преобразувателя и вълновия водач. Тя координира работата им и увеличава амплитудата на колебанията на края на вълновия водач.

• Вълновод.

Оборудването е проектирано да прехвърля механична енергия и да създава налягане в определени точки.

• Prop.

Той е предназначен за фиксиране на части или има пряка роля в процеса на заваряване като част от двустранна акустична система, втория вълновод.

За постигане на стабилно качество на заварения процес е необходимо да се използва оборудване с възможност за автоматично или ръчно избиране на определени параметри. Максималната здравина на връзката се постига само при оптимално избрани индивидуални параметри на заваряване, поради което оборудването трябва да бъде оборудвано с устройства за контрол на процеса за изпълнение на процеса.

Ултразвуковото заваряване е водещ метод за свързване на полимерни материали и в някои случаи е единственият възможен.