Parametri del processo di saldatura a ultrasuoni
I principali parametri di processo della saldatura a ultrasuoni sono: ampiezza, tempo di saldatura, tempo di pressione di tenuta, pressione di saldatura, frequenza, ecc. Le migliori specifiche di saldatura dipendono dalle parti da saldare e dall'attrezzatura di saldatura utilizzata. La regolazione dei parametri di saldatura dipende dalle dimensioni e dalla rigidità del pezzo, in particolare dalla distanza tra il punto di contatto della testa di saldatura e il giunto di saldatura. La capacità di saldatura è limitata dalla capacità della plastica di trasmettere vibrazioni ultrasoniche (e le parti non vengono danneggiate).
1.Frequenza
Le frequenze comunemente usate per gli ultrasuoni sono 20, 30 e 40 kHz e per le plastiche semicristalline, 15 kHz. 20 kHz è la frequenza ultrasonica più comunemente usata perché è facile ottenere l'ampiezza e la potenza necessaria per fondere i termoplastici a questa frequenza, ma può generare molte vibrazioni meccaniche difficili da controllare e l'utensile diventa molto grande. Una frequenza più alta (40 kHz) che produce meno vibrazioni è fattibile e viene solitamente utilizzata per la saldatura di tecnopolimeri e polimeri rinforzati. I vantaggi delle apparecchiature di saldatura ad alta frequenza includono: bassa rumorosità, dimensioni ridotte delle parti, maggiore protezione delle parti (a causa della riduzione dello stress ciclico e del riscaldamento non selettivo dell'area esterna dell'interfaccia del giunto), migliore controllo dell'energia meccanica, pressione di saldatura ridotta e la velocità di elaborazione è maggiore. Lo svantaggio è che è difficile eseguire la saldatura a campo lontano a causa delle piccole dimensioni delle parti, della ridotta capacità di alimentazione e dell'ampiezza ridotta. Le saldatrici ad ultrasuoni ad alta frequenza vengono solitamente utilizzate per saldare piccole parti di precisione (come interruttori elettrici) e parti che richiedono una minore degradazione del materiale. Il saldatore a 15 kHz può saldare rapidamente la maggior parte dei materiali termoplastici e, nella maggior parte dei casi, il degrado del materiale non è buono come il saldatore a 20 kHz. Le parti che sono difficili da saldare a 20 kHz (in particolare le parti realizzate in gomma ad alte prestazioni e tecnologia e apparecchiature in plastica) possono essere saldate a un'efficienza di 15 kHz. A frequenze inferiori, la lunghezza di risonanza della testa di saldatura è più lunga e può essere ingrandita in tutte le dimensioni. Un altro importante vantaggio dell'utilizzo di 15 kHz è che rispetto all'utilizzo di frequenze più alte, può ridurre notevolmente l'attenuazione delle onde ultrasoniche nella plastica, in modo che sia possibile saldare plastiche più morbide e ottenere una distanza di campo lontano maggiore.
2.Frames
Il successo della saldatura dipende dalla corretta ampiezza dell'estremità della testa di saldatura. Per tutte le combinazioni corno / testa di saldatura, l'ampiezza è fissa. Scegliere l'ampiezza in base al materiale da saldare per ottenere il grado di fusione appropriato. In generale, le plastiche semicristalline richiedono più energia rispetto alle plastiche non cristalline e quindi richiedono una maggiore ampiezza della punta. Il controllo del processo sulle moderne saldatrici ad ultrasuoni consente la classificazione. L'ampiezza alta viene utilizzata per iniziare la fusione e l'ampiezza bassa viene utilizzata per controllare la viscosità del materiale fuso. L'aumento migliorerà la qualità di saldatura delle parti di progetto del giunto a taglio. Per i giunti di testa, all'aumentare dell'ampiezza, la qualità della saldatura migliorerà e il tempo di saldatura diminuirà. Quando si utilizza un'asta guida di energia per la saldatura a ultrasuoni, il tasso medio di perdita di calore (Qavg) dipende dal modulo di perdita del composito (Eʺ), dalla frequenza (ω) e dalla deformazione di azione (ε0) del materiale: Qavg=ωε02Eʺ / 2
Il modulo di perdita composito dei termoplastici è strettamente correlato alla temperatura. Quando viene raggiunto il punto di fusione o la temperatura di transizione vetrosa, il modulo di perdita aumenta e più energia viene convertita in calore. Dopo l'avvio del riscaldamento, la temperatura dell'interfaccia di saldatura aumenta bruscamente (fino a 1000 ° C / s). La deformazione applicata è proporzionale all'ampiezza del giunto saldato, quindi il riscaldamento dell'interfaccia saldata può essere controllato modificando l'ampiezza. L'ampiezza è un parametro importante per controllare il flusso dell'estrusione termoplastica. Quando l'ampiezza è grande, la velocità di riscaldamento dell'interfaccia di saldatura diventa più alta, la temperatura aumenta e il flusso del materiale fuso accelera, il che porta ad un aumento dell'orientamento molecolare, un aumento del flash e una diminuzione della forza di saldatura. È necessaria un'ampiezza elevata per iniziare a sciogliersi. Un'ampiezza troppo bassa provocherà una fusione irregolare e una solidificazione prematura della massa fusa. Quando l'ampiezza aumenta, il materiale termoplastico consumerà più energia di vibrazione e le parti da saldare subiranno uno stress maggiore. Quando l'ampiezza rimane costante durante tutto il ciclo di saldatura, viene solitamente utilizzata l'ampiezza massima che non causerà danni eccessivi alle parti saldate. Per le plastiche cristalline come il polietilene e il polipropilene, l'impatto dell'ampiezza è molto maggiore di quello delle plastiche amorfe come l'ABS e il polistirene. Ciò può essere dovuto al fatto che la fusione e la saldatura della plastica cristallina richiede più energia. L'ampiezza può essere regolata meccanicamente (cambiando la tromba o la testa di saldatura) o elettricamente (cambiando la tensione fornita al trasduttore). In effetti, i metodi meccanici vengono utilizzati per regolazioni maggiori, mentre i metodi elettrici vengono utilizzati per regolazioni fini. I materiali ad alto punto di fusione, la saldatura a campo lontano e le plastiche semicristalline generalmente richiedono un'ampiezza maggiore rispetto alle plastiche amorfe e alla saldatura a campo vicino. L'intervallo di ampiezza totale tipico delle plastiche amorfe è 30-100 μm, mentre l'intervallo di ampiezza totale tipico delle plastiche cristalline è 60-125 μm. La distribuzione dell'ampiezza può ottenere un buon flusso di fusione e un alto costante. Il profilo di ampiezza può ottenere un buon flusso di fusione e una resistenza di saldatura elevata e costante. Per l'ampiezza e il livello di forza combinati, utilizzare un'ampiezza e una forza maggiori per iniziare la fusione, quindi ridurre l'ampiezza e la forza per ridurre l'orientamento molecolare lungo la linea di saldatura.
Tempo 3.Welding
Il tempo di saldatura è il momento in cui viene applicata la vibrazione. Esperimento per determinare il tempo di saldatura appropriato per ciascuna applicazione. Aumentando il tempo di saldatura aumenterà la forza di saldatura fino a raggiungere il tempo ottimale. Un ulteriore aumento del tempo di saldatura comporterà una diminuzione della forza di saldatura o solo un leggero aumento della resistenza, mentre allo stesso tempo aumenterà le bave di saldatura e aumenterà la possibilità di indentazione del pezzo. Evitare la saldatura eccessiva è importante perché crea una bava eccessiva che deve essere rifilata, il che può ridurre la qualità della saldatura e causare perdite di parti che devono essere sigillate. La testa di saldatura potrebbe graffiare la superficie. Per tempi di saldatura più lunghi, la fusione e la frattura possono verificarsi anche in parti lontane dall'area del giunto, specialmente in fori, saldature e spigoli vivi delle parti stampate.
4.Tempo di mantenimento
Il tempo di tenuta si riferisce al tempo nominale per le parti da unire e solidificare senza pressione di vibrazione dopo la saldatura. Nella maggior parte dei casi, questo parametro non è un parametro critico. A meno che il carico interno non sia facile da smontare la parte saldata (come una molla elicoidale compressa prima della saldatura), 0,3 ~ 0,5 s sono generalmente sufficienti.
5.Pressione
La pressione di saldatura fornisce la forza statica richiesta per l'accoppiamento tra la testa di saldatura e la parte, in modo che le vibrazioni possano essere trasmesse alla parte. Nella fase di mantenimento della pressione del ciclo di saldatura, quando il materiale fuso in corrispondenza del giunto si solidifica, lo stesso carico statico può garantire il collegamento integrale delle parti. Determinare la pressione ottimale è essenziale per una buona saldatura. Se la pressione è troppo bassa, causerà un flusso di fusione scarso o insufficiente nel trasferimento di energia, con conseguenti cicli di saldatura lunghi e non necessari. L'aumento della pressione di saldatura ridurrà il tempo di saldatura necessario per ottenere lo stesso spostamento. Se la pressione è troppo alta, causerà l'orientamento molecolare lungo la direzione del flusso e ridurrà la forza di saldatura, il che potrebbe causare la rientranza della parte. In casi estremi, se la pressione è troppo alta rispetto all'estremità della testa di saldatura, potrebbe sovraccaricare la testa di saldatura e fermarsi. Nella saldatura a ultrasuoni, un'ampiezza elevata richiede una bassa pressione e un'ampiezza bassa richiede un'elevata pressione. All'aumentare dell'ampiezza, l'intervallo di pressione accettabile si restringe. Pertanto, la cosa più importante per un'ampiezza elevata è trovare la pressione migliore. La maggior parte della saldatura a ultrasuoni viene eseguita sotto pressione costante o forza costante. Per alcune apparecchiature, è possibile modificare la forza durante il ciclo, ovvero eseguire un'analisi del profilo di forza e ridurre la forza di saldatura durante l'applicazione di energia ultrasonica alla parte. La pressione o forza di saldatura ridotta alla fine del ciclo di saldatura ridurrà la quantità di materiale estruso dal giunto, prolungherà il tempo di diffusione tra le molecole, ridurrà l'orientamento molecolare e aumenterà la forza di saldatura. Per i materiali con una viscosità del fuso inferiore simile alla poliammide, ciò può aumentare notevolmente la resistenza della saldatura.
Metodo 6.Welding
La saldatura a tempo è chiamata processo a circuito aperto. Prima che la testa di saldatura venga fatta cadere e toccata, le parti da saldare vengono assemblate nell'attrezzatura. Quindi, gli ultrasuoni agiranno sulla parte per un periodo di tempo fisso, solitamente da 0,2 a 1 s. La saldatura non è stata eseguita con successo durante questo processo. Partendo dal presupposto che un tempo di saldatura fisso fa sì che una quantità fissa di energia agisca sul giunto e si traduca in una quantità controllabile di fusione, una saldatura riuscita è una situazione ideale. Infatti la potenza assorbita mantenendo l'ampiezza da un ciclo all'altro non è la stessa. Ciò è dovuto a molteplici fattori (ad esempio, l'adattamento tra due parti). Poiché l'energia varia con la potenza e il tempo e il tempo è fisso, l'energia applicata cambia da una parte all'altra. Per la produzione di massa in cui la consistenza è importante, ciò è chiaramente indesiderabile. La saldatura a energia è un processo a circuito chiuso con controllo in feedback. Il software della macchina ad ultrasuoni misura la potenza assorbita e regola il tempo di elaborazione per fornire l'apporto energetico richiesto alle articolazioni. Il presupposto di questo processo è che se l'energia consumata da ciascuna saldatura è la stessa, la quantità di materiale fuso in ogni connessione è la stessa. Tuttavia, la situazione reale è che c'è una perdita di energia nel kit di saldatura, specialmente all'interfaccia tra la testa di saldatura e il pezzo. Di conseguenza, alcune parti possono ricevere più energia di altre, il che può causare una resistenza della saldatura incoerente. La saldatura a distanza consente di unire le parti a una profondità di saldatura specifica. Questa modalità di funzionamento non dipende dal tempo, dall'energia assorbita o dalla potenza e può compensare eventuali deviazioni dimensionali del pezzo stampato, garantendo così al meglio che la stessa quantità di plastica venga fusa ogni volta nel giunto. Per controllare la qualità, è possibile impostare un limite all'energia o al tempo utilizzato per formare la saldatura.
