Pět faktorů ovlivňujících úspěšný ultrazvukový svar
1. Svařovací frekvence
Typické svařovací frekvence se pohybují od 40 kHz do 15 kHz. Různé parametry aplikace určí nejlepší vybavení a frekvenci pro dosažení optimálního svaru pro součásti.
Například pro malé, jemné sestavy (desky s plošnými spoji, mikroelektronické komponenty atd.) S blízkými tolerancemi je vhodnější vyšší frekvence (například 40 kHz), protože je možné minimalizovat aplikovaný tlak a ultrazvukové vibrace spolu s jakýmkoli značením Povrchy třídy A.
Nízkofrekvenční (například 15 kHz) se dobře hodí pro části střední až velké velikosti a umožňuje také svařování mnoha měkčích plastů s větší vzdáleností na dálku (více zde níže), než je často možné u systémů s vyšší frekvencí.
Frekvence 20 kHz je nejčastěji používanou ultrazvukovou frekvencí pro montáž plastů a nabízí maximální flexibilitu, protože je vhodná pro širokou škálu aplikací a termoplastických komponent.
2. Materiálové úvahy
V souladu se základním principem ultrazvukové montáže, jak je uvedeno výše, lze termoplasty sestavit ultrazvukem, protože se taví v určitém teplotním rozmezí; zatímco termosetové materiály, které se při zahřívání degradují, nejsou vhodné pro montáž ultrazvukem.
Svařitelnost jakéhokoli termoplastu závisí na jeho tuhosti nebo modulu pružnosti, hustotě, koeficientu tření, tepelné vodivosti, měrném teple a Tm nebo Tg.
Tuhé plasty obecně vykazují vynikající svařovací vlastnosti na dálku, protože snadno přenášejí vibrační energii. Měkké plasty, které mají nízký modul pružnosti, utlumují ultrazvukové vibrace a jako takové se obtížněji svařují.
Při sázení, tváření nebo bodovém svařování je opak pravdou. Obecně platí, že čím měkčí je plast, tím snazší je vkládání, tvarování nebo bodové svařování.
Pryskyřice se zpravidla klasifikují jako amorfní nebo krystalické. Ultrazvuková energie je snadno přenášena amorfními pryskyřicemi, které se proto snadno hodí k ultrazvukovému svařování. Krystalické pryskyřice naproti tomu nepřenášejí ultrazvukovou energii. Z tohoto důvodu by se při svařování krystalických pryskyřic měla použít vyšší úroveň amplitudy a energie, a zvláštní pozornost by měla být věnována návrhu spojů.
Proměnné, které mohou dále ovlivňovat svařitelnost, jsou obsah vlhkosti, uvolňovací prostředky, lubrikanty, změkčovadla, plniva vyztužující prostředky, pigmenty, retardéry hoření a další přísady, spolu se skutečnou jakostí pryskyřice.
Stejně tak je důležité určit stupeň slučitelnosti svařovaných materiálů. Některé materiály mají určitý stupeň kompatibility, ale ne všechny stupně a složení mohou být kompatibilní a některé nejsou vůbec kompatibilní.
3. Dopad společného návrhu
Snad nejkritičtějším aspektem ultrazvukového svařování je společné provedení (konfigurace dvou protilehlých povrchů). Je třeba vzít v úvahu, když jsou svařované díly stále ve fázi návrhu a poté začleněny do lisovaných dílů. Existuje celá řada společných návrhů, z nichž každý má specifické vlastnosti a výhody. Jejich výběr je určen takovými faktory, jako je typ plastu, geometrie součásti, požadavky na svar, možnosti obrábění a formování a kosmetický vzhled.
4. Nástroje a příslušenství
Je obtížné zveličovat důležitost rohů a přípravků, pokud jde o dosažení účinného ultrazvukového svaru.
V průmyslu bývalo vnímáno, že rohy a příslušenství pro konkrétní aplikaci musí být poskytovány stejným výrobcem jakéhokoli použitého svařovacího lisu. Dnes inženýři chápou, že se mohou libovolně kombinovat: Nejlepší nástroj pro tuto práci nemusí nést stejné jméno, jaké je na tisku, pokud se svařovací frekvence shoduje.
Možnosti materiálu pro výrobu nástrojů zahrnují hliník, titan, kalenou ocel a nerezovou ocel. Nejlepší faktory pro danou zakázku určí takové faktory, jako je typ svařovaných plastů, velikost a konfigurace spoje, pevnost svaru a / nebo trvanlivost. Například pro delší životnost může být tvrzená ocel dobrou volbou.
Dobrý design příslušenství je také nezbytný. Přípravek má dva hlavní účely: zarovnat části pod rohem a podepřít přímo pod oblast svaru. Tato podpora také zahrnuje odraz ultrazvukové energie zpět do svarové roviny, proto jsou přípravky často obráběny z kovu.
Pro větší pevnost a odolnost lze použít karbidové obklady nebo chromování. Tvarované přípravky a nástroje pro nepravidelně tvarované součásti mohou být navrženy na míru spolu s periferními zařízeními pro upínání, přidržování a vyrovnávání protilehlých částí. Segmentované a nastavitelné přípravky mohou být také konstruovány, aby zajistily bezpečné uchycení s lisovanými plastovými díly.
5. Svařovací parametry
Během procesu svařování samotného, v závislosti na typu použitého systému, ovlivňují výsledek různé parametry svaru. Patří mezi ně amplituda / tlak, spouštěcí síla a mez tolerance, v závislosti na tom, zda je svařování prováděno podle času, energie nebo vzdálenosti.
Nastavení amplitudy se používá k určení vibrační amplitudy. Jemné úpravy nastavení amplitudy a tlaku mohou být často prováděny na ovladači, který ovládá tisk, zatímco hlavní úpravy mohou být prováděny pomocí posilovačů a ovladačů tlaku.
Nastavení tlaku spouštěcí síly určuje tlak, který je třeba dosáhnout, aby se spustila ultrazvuk. Úprava tohoto parametru pomocí nastavení, jako jsou časovače zpoždění, režimy před spuštěním a nastavení síly / tlaku, může ovlivnit, jak dlouho jsou součásti v kontaktu, než je ultrazvuk skutečně zapnutý.
Nastavení času, jako je doba svařování (doba, po kterou jsou na součásti skutečně aplikovány ultrazvukové vibrace) a doba zdržení (doba, po kterou je udržován tlak k zajištění správného spojení součástí, po skutečné době svařování a ultrazvukem) tak, aby svar mohl vychladnout), dále ovlivňujte, kdy a na jak dlouho by měla ultrazvuk zůstat zapnutý.
Stejně tak některé systémy umožní uživateli specifikovat nastavení energie - například s limity a kalibračním impulzem - zatímco některé také umožní nastavení vzdálenosti - například přírůstkové, předběžné, absolutní a limity.
Jak je vidět, při pohybu ultrazvukem přichází do hry spousta pohyblivých částí. Manipulace s těmito parametry může znamenat rozdíl mezi úspěšným svarem a neefektivním svarem nebo prasklým rohem.
