Aplicarea principiului de tăiere și sudare cu ultrasunete a chingilor

Principiul tăierii și sudării cu ultrasunete

Tăierea și sudarea cu ultrasunete reprezintă un subdomeniu al aplicațiilor cu ultrasunete în industrie și a fost utilizată din ce în ce mai mult datorită caracteristicilor sale ecologice, eficiente și estetice.

Principiul tăierii și sudării cu ultrasunete

Tăierea și sudarea cu ultrasunete a chingilor utilizează vibrații mecanice de înaltă frecvență de 20-40 kHz, transferând energia către suprafața de contact a chingii prin intermediul capului de sudură. 1. Conversia energiei: Generatorul de ultrasunete transformă energia electrică în vibrații mecanice de înaltă frecvență, care sunt amplificate de transformatorul de amplitudine și apoi transmise către capul de sudură. 2. Generarea de căldură prin frecare: Capul de sudură apasă pe chingă, provocând frecare de înaltă frecvență între fibrele din interiorul acesteia, generând instantaneu temperaturi ridicate localizate de 500-1000 ℃. 3. Sudare și tăiere sincronă: Temperatura ridicată topește fibrele chingii (cum ar fi nailonul și poliesterul), în timp ce presiunea capului de sudură compactează porțiunea topită, formând un strat de sudură puternic. Dacă este utilizat cu un cap de sudură cu muchie de tăiere specifică, temperatura ridicată poate tăia simultan chinga, realizând o „tăiere + sudare” integrată. 4. Răcire și modelare: După ce vibrațiile se opresc, presiunea este menținută timp de 0,1-0,5 secunde, permițând zonei sudate să se răcească și să se solidifice rapid, finalizând procesul de tăiere și sudare. (Sistemele pneumatice asigură amortizare, asigurând totodată răcirea și modelarea în timpul procesului de tăiere și sudare.)

Compoziția sistemului de tăiere și sudare cu ultrasunete

Sistemul de sudare cu ultrasunete pentru plastic utilizat în mod obișnuit este alcătuit din trei componente principale: un generator de ultrasunete (cutie electrică), un traductor cu ultrasunete (vibrator) și o matriță cu ultrasunete (cap de matriță, cap de sudură, claxon).

Generator cu ultrasunete (cutie electrică), traductoare cu ultrasunete (vibratoare), matrițe cu ultrasunete (capete de matriță, capete de sudură, claxoane)

1. Generator cu ultrasunete (cutie electrică): Convertește alimentarea de la rețea într-o ieșire stabilă de înaltă frecvență și înaltă tensiune.

2. Traductor (oscilator) cu ultrasunete: Un dispozitiv acustic care convertește energia, transformând energia electrică în energie mecanică.

3. Amplificator: Amplitudinea vibrației mecanice a traductorului este modificată printr-un raport de câștig predefinit.

4. Matrițe (capete de sudură, coarne): Personalizate la dimensiuni specifice în funcție de nevoile aplicațiilor de sudare și tăiere și proiectate cu caracteristici acustice pentru a îndeplini cerințele de rezonanță ale sistemului cu ultrasunete. Mai jos, voi utiliza câteva formule pentru a explica fenomenul de reglare a parametrilor în aplicații.

Energie = Amplitudine * Presiune * Timp * Constantă K = Putere * Timp

Formulele de mai sus arată că, în sudură și tăiere, amplitudinea undei ultrasonice (care poate fi setată pe generator), presiunea (presiunea aerului sau cuplul cilindrului electric, precum și rigiditatea și duritatea structurală) și timpul de emisie a undei sunt corelate pozitiv cu efectul de sudare și tăiere. Cu alte cuvinte, dacă produsul nu este tăiat bine, acești parametri pot fi ajustați pozitiv. Înseamnă asta că, cu cât acești parametri sunt mai mari, cu atât mai bine? Bineînțeles că nu!

P. = K∗A∗f∗δ, unde P reprezintă puterea de sudare, în W;

K. este o constantă a cărei magnitudine este legată de conductivitatea sunetului și disiparea energiei materialului. Aceasta înseamnă că, de obicei, spunem că diferite materiale necesită o ajustare fină a parametrilor diferiți pentru a îndeplini cerințele.

O reprezintă aria tăieturii de sudură, măsurată în metri pătrați (㎡). Aceasta este suprafața de contact a tăieturii de sudură, așadar lungimea și unghiul muchiei tăietoare determină de obicei această arie.

f. este frecvența ultrasonică, ceea ce înseamnă că, teoretic, frecvențele mai mari sunt mai ușor de sudat. Cu toate acestea, din punct de vedere acustic, cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai dificil să se obțină o amplitudine mare; unitatea este Hz.

d reprezintă amplitudinea, măsurată în metri (m). Teoretic, o amplitudine mai mare are ca rezultat o sudare și tăiere mai bune. Cu toate acestea, durata de viață la oboseală a materialelor metalice este legată de frecvență, proprietățile materialului, stres, timp, presiune și duritate și, prin urmare, este afectată de alți parametri.

Șase factori care afectează rezultatele tăierii și sudării cu ultrasunete:

Presiune + Timp + Structură mecanică + Materiale de produs + Depanare

1. Presiune de sudură cu ultrasunete

Aplicarea unei presiuni adecvate pe suprafața de sudură determină trecerea materialului de sudură de la elastic la plastic, promovează interdifuzia moleculară și deplasează aerul rezidual din sudură, crescând astfel performanța de etanșare a suprafeței de sudură. Presiunea, în general, nu depășește 0,5 MPa.

2. Timpul de sudare/tăiere cu ultrasunete (timpul de emisie a undei)

Un timp de topire adecvat și un timp de răcire suficient sunt esențiale. Cu o putere termică fixă, un timp insuficient va duce la sudarea incompletă, în timp ce un timp excesiv va cauza deformarea sudurii, revărsarea zgurii și, uneori, puncte fierbinți (decolorare) în zonele nesudate. Este esențial să se asigure că suprafața sudurii absoarbe suficientă căldură pentru a atinge o stare complet topită, garantând o difuzie moleculară și o fuziune adecvate. Simultan, este necesar un timp de răcire suficient pentru ca sudura să atingă o rezistență adecvată.

3. Amplitudinea ultrasonică

4. Structura mecanică

Precizia și stabilitatea fabricării cadrului afectează în mod direct efectul sudării, în special pentru unele produse de precizie, unde structura mecanică trebuie să corespundă preciziei produsului.

5. Materiale ale produsului

Factori precum materialul pieselor sudate, structura acestora, grosimea și rezistența la presiune afectează, de asemenea, direct efectul sudării.

6. Depanarea echipamentului

În concluzie, pentru ca un produs să obțină cele mai bune rezultate de tăiere și sudare cu ultrasunete, depanarea echipamentului este, de asemenea, o garanție importantă. Potrivirea și ajustarea flexibilă a diverșilor parametri, precum și depanarea la fața locului de către ingineri joacă un rol important.