Застосування принципу ультразвукового різання та зварювання стрічки
Принцип ультразвукового різання та зварювання
Ультразвукове різання та зварювання є підгалузю ультразвукового застосування в промисловості, і воно отримало все більш широке застосування завдяки своїм екологічним, ефективним та естетично привабливим характеристикам.
Принцип ультразвукового різання та зварювання
Ультразвукове різання та зварювання стрічки використовує високочастотну механічну вібрацію 20-40 кГц, передаючи енергію на контактну поверхню стрічки через зварювальну головку. 1. Перетворення енергії: Ультразвуковий генератор перетворює електричну енергію на високочастотну механічну вібрацію, яка посилюється амплітудним трансформатором, а потім передається на зварювальну головку. 2. Генерація тепла від тертя: Зварювальна головка тисне на стрічку, викликаючи високочастотне тертя між волокнами всередині стрічки, миттєво генеруючи локалізовані високі температури 500-1000 ℃. 3. Синхронне зварювання та різання: Висока температура плавить волокна стрічки (такі як нейлон та поліестер), тоді як тиск зварювальної головки ущільнює розплавлену частину, утворюючи міцний шар зварювання. При використанні зі спеціальною зварювальною головкою з ріжучою кромкою, висока температура може одночасно різати стрічку, досягаючи інтегрованого "різання + зварювання". 4. Охолодження та формування: Після припинення вібрації тиск підтримується протягом 0,1-0,5 секунди, дозволяючи звареній ділянці швидко охолонути та затвердіти, завершуючи процес різання та зварювання. (Пневматичні системи забезпечують амортизацію, а також забезпечують охолодження та формування під час процесу різання та зварювання.)
Склад ультразвукової системи різання та зварювання
Зазвичай використовувана система ультразвукового зварювання пластмас складається з трьох основних компонентів: ультразвукового генератора (електричної коробки), ультразвуковий перетворювач (вібратор) та ультразвукова форма (формоформувальна головка, зварювальна головка, рупор).
Ультразвуковий генератор (електрична коробка), ультразвукові перетворювачі (вібратори), ультразвукові форми (формочні головки, зварювальні головки, рупори)
1. Ультразвуковий генератор (електрична коробка): Перетворює мережеву енергію на стабільний високочастотний високовольтний вихід.
2. Ультразвуковий перетворювач (осцилятор): Акустичний пристрій, який перетворює енергію, перетворюючи електричну енергію на механічну.
3. Підсилювач: Амплітуда механічної вібрації перетворювача змінюється за допомогою заздалегідь визначеного коефіцієнта посилення.
4. Форми (зварювальні головки, ріжки): Виготовлено за індивідуальними розмірами відповідно до потреб зварювання та різання, а також розроблено з акустичними характеристиками, що відповідають вимогам резонансу ультразвукової системи. Нижче я використаю кілька формул для пояснення явища налаштування параметрів у різних застосуваннях.
Енергія = Амплітуда * Тиск * Час * Константа K = Потужність * Час
Наведені вище формули показують, що під час зварювання та різання амплітуда ультразвукової хвилі (яку можна встановити на генераторі), тиск (тиск повітря або крутний момент електроциліндра, а також жорсткість і твердість конструкції) та час випромінювання хвилі позитивно корелюють з ефектом зварювання та різання. Іншими словами, якщо виріб погано ріжеться, ці параметри можна позитивно скоригувати. Чи означає це, що чим вищі ці параметри, тим краще? Звичайно, ні!
П = K∗A∗f∗δ, де P позначає потужність зварювання у Вт;
К. – це константа, величина якої пов’язана зі звукопровідністю та розсіюванням енергії матеріалом. Це означає, що ми зазвичай кажемо, що різні матеріали потребують різного точного налаштування параметрів для задоволення вимог.
А являє собою площу зварного різу, виміряну в квадратних метрах (㎡). Це контактна поверхня зварного різу, тому довжина та кут ріжучої кромки зазвичай визначають цю площу.
ф — ультразвукова частота, тобто теоретично зварювати легше на вищих частотах. Однак, з акустичної точки зору, чим вища частота, тим важче досягти великої амплітуди; одиницею вимірювання є Гц.
день являє собою амплітуду, що вимірюється в метрах (м). Теоретично, більша амплітуда призводить до кращого зварювання та різання. Однак, довговічність металевих матеріалів залежить від частоти, властивостей матеріалу, напруження, часу, тиску та твердості, і тому на неї впливають інші параметри.
Шість факторів, що впливають на результати ультразвукового різання та зварювання:
Тиск + Час + Механічна структура + Матеріали виробу + Налагодження
1. Тиск ультразвукового зварювання
Прикладання відповідного тиску до поверхні зварювання призводить до переходу зварювального матеріалу з еластичного стану на пластичний, сприяє молекулярній взаємній дифузії та витісняє залишкове повітря зі зварного шва, тим самим підвищуючи герметичність поверхні зварювання. Тиск зазвичай не перевищує 0,5 МПа.
2. Час ультразвукового зварювання/різання (час випромінювання хвилі)
Відповідний час плавлення та достатній час охолодження є надзвичайно важливими. За фіксованої теплової потужності недостатній час призведе до неповного зварювання, тоді як надмірний час спричинить деформацію зварного шва, перелив шлаку та іноді гарячі точки (знебарвлення) у незварених ділянках. Вкрай важливо забезпечити, щоб поверхня зварного шва поглинала достатню кількість тепла для досягнення повністю розплавленого стану, щоб гарантувати адекватну молекулярну дифузію та сплавлення. Одночасно, для досягнення зварного шва належної міцності необхідний достатній час охолодження.
3. Амплітуда ультразвуку
4. Механічна структура
Точність і стабільність виготовлення рами безпосередньо впливають на ефект зварювання, особливо для деяких прецизійних виробів, де механічна структура повинна відповідати точності виробу.
5. Матеріали виробу
Такі фактори, як матеріал зварних деталей, їхня структура, товщина та опір тиску, також безпосередньо впливають на ефект зварювання.
6. Налагодження обладнання
На завершення, для досягнення найкращих результатів ультразвукового різання та зварювання, важливою гарантією також є налагодження обладнання. Гнучке підбирання та налаштування різних параметрів, а також налагодження на місці інженерами відіграють важливу роль.