Ultrasonik kaynak işlemi parametreleri
Ultrasonik kaynağın ana işlem parametreleri şunlardır: genlik, kaynak süresi, tutma basıncı süresi, kaynak basıncı, frekans, vb. En iyi kaynak özelliği, kaynak yapılacak bileşenlere ve kullanılan kaynak ekipmanına bağlıdır. Kaynak parametrelerinin ayarlanması, parçanın boyutuna ve sertliğine, özellikle de kaynak kafasının temas noktası ile kaynak bağlantısı arasındaki mesafeye bağlıdır. Kaynak yeteneği, plastik&# 39'un ultrasonik titreşimi iletme yeteneği ile sınırlıdır (ve parçalar zarar görmez).
1 frekans
Ultrason için yaygın olarak kullanılan frekanslar 20, 30 ve 40 kHz'dir ve 15 kHz genellikle yarı kristal plastikler için kullanılır. 20 kHz en yaygın kullanılan ultrasonik frekanstır, çünkü bu frekansta termoplastikleri eritmek için gerekli genlik ve güce ulaşmak kolaydır, ancak kontrol edilmesi zor olan çok sayıda mekanik titreşim oluşturabilir ve alet çok büyük hale gelir. Daha az titreşim üreten daha yüksek bir frekans (40 kHz) uygundur ve genellikle mühendislik plastiklerinin ve güçlendirilmiş polimerlerin kaynaklanması için kullanılır. Yüksek frekanslı kaynak ekipmanının avantajları şunları içerir: düşük gürültü, küçük parça boyutu, gelişmiş parça koruması (bağlantı arayüzünün dış alanının döngüsel gerilimi ve seçici olmayan ısınması nedeniyle), geliştirilmiş mekanik enerji kontrolü, daha düşük kaynak basıncı ve daha hızlı işleme hızı. Dezavantajı, parçaların küçük boyutu, düşük güç kapasitesi ve azaltılmış genlik nedeniyle uzak alan kaynağı yapmanın zor olmasıdır. Daha yüksek frekanslı ultrasonik kaynak makineleri genellikle küçük, hassas parçaları (elektrik anahtarları gibi) ve daha az malzeme bozulması gerektiren parçaları kaynaklamak için kullanılır. 15 kHz kaynak makinesi, çoğu durumda 20 kHz kaynakçıya göre daha az malzeme bozulması olmak üzere çoğu termoplastik malzemeyi hızlı bir şekilde kaynak yapabilir. 20 kHz ile zar zor kaynak yapılabilen parçalar (özellikle yüksek performanslı kauçuk ve plastik teknolojisi ve ekipmandan yapılanlar) 15 kHz ile etkili bir şekilde kaynaklanabilir. Daha düşük frekanslarda, kaynak kafası daha uzun bir rezonans uzunluğuna sahiptir ve tüm boyutlarda daha büyük yapılabilir. 15 kHz kullanmanın bir diğer önemli avantajı, daha yüksek frekansların kullanılmasıyla karşılaştırıldığında, plastiklerdeki ultrasonik dalgaların zayıflamasını büyük ölçüde azaltarak, daha yumuşak plastiklerin ve daha büyük uzak alan mesafelerinin kaynağına izin vermesidir.
2 genlik
Başarılı kaynak, kaynak kafasının ucunun uygun genliğine bağlıdır. Tüm korna / kaynak kafası kombinasyonları için genlik sabittir. Uygun bir erime derecesi elde etmek için kaynak yapılacak malzemeye göre genliği seçin. Genel olarak konuşursak, yarı kristal plastikler, kristal olmayan plastiklerden daha fazla enerji gerektirir ve bu nedenle daha büyük uç ucu genliği gerektirir. Modern ultrasonik kaynak makinelerinde proses kontrolü, derecelendirmeye izin verir. Yüksek genlik erimeyi başlatmak için kullanılır ve düşük genlik erimiş malzemenin viskozitesini kontrol etmek için kullanılır. Genliğin arttırılması, kesme eklemi tasarım parçasının kaynak kalitesini artıracaktır. Alın birleşimlerinde genlik arttıkça kaynak kalitesi artar ve kaynak süresi azalır. Enerji kılavuz çubuklu ultrasonik kaynakta, ortalama ısı kaybı oranı (Qavg), malzemenin kompozit kayıp modülüne (Eʺ), frekansına (ω) ve etki gerilimine (ε 0) bağlıdır: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
Termoplastiklerin kompozit kayıp modülü, sıcaklıkla yakından ilişkilidir. Erime noktasına veya cam geçiş sıcaklığına ulaşıldığında, kayıp modülü artar ve daha fazla enerji ısıya dönüştürülür. Isıtma başladıktan sonra, kaynak arayüzündeki sıcaklık keskin bir şekilde yükselir (1000 ℃ / s'ye kadar). Etkili gerilim, kaynak kafasının genliği ile orantılıdır, bu nedenle kaynak arayüzünün ısınması, genliği değiştirerek kontrol edilebilir. Genlik, termoplastik ekstrüzyonun akış oranını kontrol eden önemli bir parametredir. Genlik yüksek olduğunda, kaynak arayüzü ısıtma hızı daha yüksektir, sıcaklık yükselir ve erimiş malzeme daha hızlı akar, bu da moleküler yönelimde bir artışa, çok sayıda flaşa ve daha düşük bir kaynak mukavemetine yol açar. Erimeye başlamak için yüksek genlik gereklidir. Çok düşük bir genlik, eşit olmayan erime ve erken eriyik katılaşmasına neden olur. Genlik artırıldığında, termoplastikte daha fazla miktarda titreşim enerjisi tüketilir ve kaynaklanacak parçalar daha fazla gerilime maruz kalır. Genlik, kaynak döngüsü boyunca sabit olduğunda, genellikle kaynak yapılacak parçalarda aşırı hasara neden olmayacak en yüksek genlik kullanılır. Polietilen ve polipropilen gibi kristalin plastikler için, genliğin etkisi ABS ve polistiren gibi kristal olmayan plastiklerden çok daha fazladır. Bu, kristalin plastiklerin eritilmesi ve kaynaklanması için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulmasından kaynaklanıyor olabilir. Genlik mekanik olarak (korna veya kaynak kafasını değiştirerek) veya elektrikle (dönüştürücüye sağlanan voltajı değiştirerek) ayarlanabilir. Uygulamada, daha büyük genlik ayarı mekanik bir yöntemi benimser ve daha ince olanı bir elektrik yöntemi kullanır. Yüksek erime noktalı malzemeler, uzak alan kaynakları ve yarı kristal plastikler genellikle kristal olmayan plastiklerden ve yakın alan kaynaklarından daha büyük genlik gerektirir. Amorf plastiklerin tipik toplam genlik aralığı 30-100 μm iken, kristalin plastiklerinki 60-125 μm'dir. Genlik profili, iyi eriyik akışı ve tutarlı yüksek kaynak mukavemeti sağlayabilir. Birleşik genlik ve kuvvet seviyeleri için, erimeye başlamak için yüksek genlik ve kuvvet kullanılır ve ardından, kaynak hattı boyunca moleküler yönelimi azaltmak için genlik ve kuvvet azalır.
3 Kaynak süresi
Kaynak süresi, titreşimin uygulandığı zamandır. Her uygulama için uygun kaynak süresi deneyle belirlenir. Kaynak süresinin arttırılması, optimum zamana ulaşılana kadar kaynağın gücünü artıracaktır. Kaynak süresindeki daha fazla artış, kaynak mukavemetinde bir azalmaya veya mukavemette sadece hafif bir artışa neden olurken, aynı zamanda kaynak parlamasını artıracak ve parça girintisi olasılığını artıracaktır. Aşırı kaynak yapmaktan kaçınmak önemlidir, çünkü bu, düzeltilmesi gereken aşırı parıltıya neden olur, bu da kaynağın kalitesini düşürebilir ve sızdırmaz hale getirilmesi gereken parçalarda sızıntılara neden olabilir. Kaynak kafası yüzeyi çizebilir. Daha uzun kaynak süreleri için, özellikle kalıplanmış parçadaki deliklerde, kaynak hatlarında ve keskin köşelerde eklem bölgesinden uzak kısımlarda da erime ve kırılma meydana gelebilir.
4 Bekletme süresi
Tutma basınç süresi, kaynak sonrası titreşimsiz basınç altında birleştirilecek ve katılaşacak parçalar için nominal süreyi ifade eder. Çoğu durumda, kritik bir parametre değildir, dahili yük kaynaklı parçayı sökmek kolay olmadıkça (kaynaklamadan önce sıkıştırılmış bir helezon yay gibi) genellikle 0,3 ~ 0,5 s yeterlidir.
5 basınç
Kaynak basıncı, kaynak kafası ile parça arasında bağlantı için gerekli statik kuvveti sağlar, böylece parçaya titreşim iletilebilir. Kaynak çevriminin basınç tutma aşamasında bağlantı noktasındaki erimiş malzeme katılaştığında, aynı statik yük parçaların entegre olmasını sağlar. İyi bir kaynak için optimum basıncın belirlenmesi çok önemlidir. Basınç çok düşükse, enerji transferinde zayıf veya yetersiz erime akışına neden olarak gereksiz uzun kaynak döngülerine yol açar. Kaynak basıncını artırmak, aynı yer değiştirmeyi elde etmek için gereken kaynak süresini azaltacaktır. Basınç çok yüksekse, akış yönü boyunca moleküler yönelime neden olur ve kaynağın mukavemetini azaltır, bu da parça girintisine neden olabilir. Aşırı durumlarda, basınç, kaynak kafasının ucunun genliğine göre çok yüksekse, aşırı yüklenebilir ve kaynak kafasını durdurabilir. Ultrasonik kaynakta, yüksek genlik düşük basınç gerektirir ve düşük genlik yüksek basınç gerektirir. Genlik arttıkça, kabul edilebilir basınç aralığı daralır. Bu nedenle, yüksek genlik için en önemli şey en iyi basıncı bulmaktır. Çoğu ultrasonik kaynak sabit basınç veya sabit kuvvet altında gerçekleştirilir. Bazı cihazlar için çevrim sırasında kuvvet değiştirilebilir, yani kuvvet profilleme yapılır, parçaya ultrasonik enerji uygulaması sırasında kaynak kuvveti azaltılır. Kaynak döngüsünün sonunda düşen kaynak basıncı veya kuvveti, ek yerinden çıkarılan malzeme miktarını azaltır, moleküller arası difüzyon süresini uzatır, moleküler yönelimi azaltır ve kaynağın mukavemetini arttırır. Poliamide benzer daha düşük erime viskozitesine sahip malzemeler için bu, kaynak mukavemetini büyük ölçüde artırabilir.
6 Kaynak modu
Zamana göre kaynak yapmak, açık döngü işlemi olarak adlandırılır. Kaynak yapılacak parçalar, kaynak kafası düşmeden ve temas etmeden önce fikstüre monte edilir. Daha sonra ultrasonik dalga, bileşen üzerinde sabit bir süre, genellikle 0,2 ila 1 saniye süreyle etki eder. Bu işlem sırasında başarılı bir kaynak gerçekleşmedi. Başarılı kaynak, sabit bir kaynak süresinin bağlantı üzerinde sabit miktarda enerjinin hareket etmesine neden olduğu ve kontrollü bir miktarda erime ile sonuçlandığı varsayımı altında ideal bir durumdur. Aslında, bir döngüden diğerine genliği koruyarak emilen güç aynı değildir. Bu, birden çok faktöre bağlıdır (iki parça arasındaki uyum gibi). Enerji güç ve zamanla değiştiğinden ve zaman sabit olduğundan, uygulanan enerji bir bölümden diğerine değişecektir. Tutarlılığın önemli olduğu seri üretim için bu açıkça istenmeyen bir durumdur. Enerji kaynağı, geri besleme kontrollü kapalı döngü bir işlemdir. Ultrasonik makine yazılımı, emilen gücü ölçer ve bağlantıya gerekli enerji girişini sağlamak için işlem süresini ayarlar. Bu işlemin varsayımı, her kaynak tarafından tüketilen enerji aynı ise, bağlantı noktasındaki erimiş malzeme miktarının her seferinde aynı olmasıdır. Ancak asıl durum kaynak kitinde ve özellikle kaynak kafası ile parça arasındaki arayüzde enerji kaybı olmasıdır. Sonuç olarak, bazı parçalar diğerlerinden daha fazla enerji alabilir ve bu da tutarsız kaynak mukavemetine neden olabilir. Uzaktan kaynak, parçaların belirli bir kaynak derinliğinde birleştirilmesine izin verir. Bu çalışma modu zamana, emilen enerjiye veya güce bağlı değildir ve kalıplanmış parçadaki herhangi bir boyutsal sapmayı telafi eder, böylece en iyi şekilde her seferinde aynı miktarda plastiğin eklemde eritilmesini sağlar. Kaliteyi kontrol etmek için, kaynağı oluşturmak için kullanılan enerji veya süreye bir sınır getirilebilir.
