Ультразвуковая сварка пластика: Ультразвуковая сварка пластика | Публикации Виндэк — НПФ Техсервис — Техническое оборудование общепромышленного и нефтепромыслового назначения

Содержание

Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы

Array ( [TAGS] => [~TAGS] => [ID] => 61679 [~ID] => 61679 [NAME] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [~NAME] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [IBLOCK_ID] => 1 [~IBLOCK_ID] => 1 [IBLOCK_SECTION_ID] => 115 [~IBLOCK_SECTION_ID] => 115 [DETAIL_TEXT] =>

Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс, в ходе которого получают неразъемное соединение в твердой фазе. Формирование ювенильных участков (в которых образуются связи) и контакт между ними происходят под воздействием специального инструмента. Он обеспечивает совместное действие относительных знакопеременных тангенциальных смещений небольшой амплитуды и сжимающей нормальной силы на заготовки. Рассмотрим далее подробнее, что собой представляет технология ультразвуковой сварки.

Механизм соединения

Малоамплитудные смещения происходят между деталями с ультразвуковой частотой. За счет них микронеровности на поверхности деталей подвергаются пластическому деформированию. Вместе с этим из зоны соединения эвакуируются загрязнения. Ультразвуковые механические колебания передаются к участку сварки от инструмента с внешней стороны заготовки. Весь процесс организуется таким образом, чтобы исключить проскальзывания приспособления и опоры по поверхностям деталей. В процессе прохождения колебаний сквозь заготовки происходит рассеивание энергии. Это обеспечивается внешним трением между поверхностями на начальной стадии сварки и внутренним трением в материале, располагающемся между опорой и инструментом после формирования участка схватывания.

В соединении при этом повышается температура, что облегчает деформацию.

Специфика поведения материала

Тангенциальные перемещения между деталями и напряжения, которые вызываются ими и действуют вместе со сжатием от силы сварки, обеспечивают локализацию интенсивной пластической деформации в небольших объемах в приповерхностных слоях. Весь процесс сопровождается размельчением и механической эвакуацией оксидных пленок и прочих загрязнений. Сварка ультразвуковая обеспечивает снижение предела текучести, благодаря чему облегчается пластическая деформация.

Особенности процесса

Сварка ультразвуковая способствует формированию необходимых условий для соединения. Это обеспечивается за счет механических колебаний преобразователя. Благодаря энергии вибрации создаются сложные напряжения среза, сжатия и напряжения. Пластическая деформация возникает при превышении пределов упругости материалов. Получение прочного соединения обеспечивается за счет увеличения площади непосредственного соприкосновения после эвакуации поверхностных оксидов, органических и адсорбированных пленок.

Применение УЗ

При воздействии ультразвука на сварочную ванную при кристаллизации улучшаются механические свойства соединения за счет измельчения структуры шва и интенсивному удалению газов. За счет того, что колебания активно удаляют загрязнения, искусственные и естественные пленки, соединять можно детали, с окисленной, лакированной и пр. поверхностью. Ультразвук способствует уменьшению или устранению собственных напряжений, появляющихся при сварке. За счет колебаний можно стабилизировать составляющие структуру соединения. Это, в свою очередь, позволяет предотвратить вероятность самопроизвольной деформации конструкций впоследствии. Ультразвуковая сварка находит в последнее время все более широкое применение. Это обусловлено несомненными преимуществами этого способа соединения в сравнении с холодным и контактным методами. Особенно часто используются УЗ колебания в микроэлектронике.

Перспективным направлением считается ультразвуковая сварка полимерных материалов. Некоторые из них невозможно соединить никаким иным методом. На промышленных предприятиях в настоящее время осуществляется ультразвуковая сварка тонкостенных алюминиевых профилей, фольги, проволоки. Особенно эффективен этот метод для соединения изделий из разнородного сырья. Ультразвуковая сварка алюминия используется в производстве бытовых приборов. Этот метод эффективен при сращивании листового сырья (никеля, меди, сплавов). Ультразвуковая сварка пластмасс нашла применение в производстве приборов оптики и тонкой механики. В настоящее время созданы и внедрены в производство машины для соединения разнообразных элементов микросхем. Приспособления оснащаются автоматическими устройствами, за счет которых существенно повышается производительность.

Мощность УЗ

Ультразвуковая сварка пластика обеспечивает неразъемное соединение за счет совместного действия высокочастотных механических колебаний и сравнительно небольшой сдавливающей силы. Этот метод имеет много общего с холодным способом. Мощность УЗ, которую можно передать через среду, будет зависеть от физических свойств последней. При превышении пределов прочности в зонах сжатия, твердый материал разрушится. В аналогичных ситуациях в жидкостях возникает кавитация, сопровождающаяся появлением мелких пузырьков и их последующим захлопыванием. Вместе с последним процессом возникают местные давления. Такое явление используется при очистке и обработке изделий.

Узлы устройств

Ультразвуковая сварка пластика осуществляется с использованием специальных машин. В них присутствуют следующие узлы:

Источник питания.

Колебательная механическая система.

Аппаратура управления.

Привод давления.

Колебательная система используется для преобразования электроэнергии в механическую для последующей ее передачи на участок соединения, концентрирования ее и получения требуемой величины скорости излучателя. В этом узле присутствуют:

Электромеханический преобразователь с обмотками. Он заключен в металлический корпус и охлаждается водой.

Трансформатор упругих колебаний.

Сварочный наконечник.

Опора с механизмом давления.

Крепление системы осуществляется с помощью диафрагмы. Излучение ультразвука происходит только в момент сварки. Процесс происходит под воздействием колебаний, давления, приложенного под прямым углом к поверхности, и теплового эффекта.

Возможности метода

Сварка ультразвуковая наиболее эффективна для пластичного сырья. Изделия из меди, никеля, золота, серебра и пр. могут соединяться как друг с другом, так и с другими малопластичными изделиями. С повышением твердости свариваемость ультразвуком ухудшается. Эффективно соединяются с помощью УЗ тугоплавкие изделия из вольфрама, ниобия, циркония, тантала, молибдена. Ультразвуковая сварка полимеров считается относительно новым способом. Такие изделия могут также соединяться как друг с другом, так и с другими твердыми деталями. Что касается металла, то его можно соединять со стеклом, полупроводниками, керамикой. Связывать заготовки можно и через прослойку. К примеру, стальные изделия сваривают друг с другом через алюминиевую пластику. За счет кратковременности пребывания под повышенной температурой получается высококачественное соединение разнородных изделий. Свойства сырья подвергается незначительным изменениям. Отсутствие посторонних примесей – одно из преимуществ, которым обладает ультразвуковая сварка. Вредные факторы для человека также отсутствуют. При соединении создаются благоприятные гигиенические условия. Связи изделий отличаются химической однородностью.

Особенности соединения

Сварка металла осуществляется, как правило, нахлесточным способом. При этом добавляется различное конструктивное оформление элементов. Сварка может осуществляться точками (одной или несколькими), непрерывным швом либо по замкнутому кругу. В некоторых случаях при предварительной формовке конца заготовки из проволоки производится тавровое соединение ее с плоскостью. Можно осуществлять ультразвуковую сварку нескольких материалов одновременно (пакетом).

Толщина деталей

Она ограничена верхним пределом. При увеличении толщины металлической заготовки нужно применять колебания с большей амплитудой. Это позволит компенсировать потерю энергии. Увеличение амплитуды, в свою очередь, возможно до определенного предела. Ограничения связаны с вероятностью возникновения усталостных трещин, больших вмятин от инструмента. В таких случаях следует оценить, насколько целесообразна будет ультразвуковая сварка. На практике метод используется при толщине изделий от 3…4 мкм до 05…1 мм. Сварка может использоваться и для деталей с диаметром 0.01…05 мм. Толщина второго изделия может быть существенно больше первого.

Возможные проблемы

При применении метода ультразвуковой сварки необходимо учесть вероятность усталостного разрушения имеющихся соединений в изделиях. Во время процесса заготовки могут разворачиваться относительно друг друга. Как выше было сказано, на поверхности материала от инструмента остаются вмятины. Само устройство отличается ограниченным сроком службы, что обусловлено эрозией его рабочей плоскости. В отдельных точках материал изделия приваривается к инструменту. Это приводит к износу устройства. Ремонт оборудования сопровождается рядом сложностей. Они связаны с тем, что сам инструмент выступает как элемент неразборной единой конструкции узла, конфигурация и размеры которого рассчитаны точно на рабочую частоту.

Подготовка изделий и параметры режима

Перед выполнением ультразвуковой сварки каких-либо сложных мероприятий с поверхностью деталей осуществлять не нужно. При желании можно повысить стабильность качества соединения. Для этого целесообразно только обезжирить изделие растворителем. Для соединения пластичных металлов оптимальным считается цикл с запаздыванием импульса относительно момента запуска ультразвука. При сравнительно высокой твердости изделия целесообразно дождаться небольшого нагрева, прежде чем включать УЗ.

Схемы сварки

Их существует несколько. Технологические схемы УЗ сварки отличаются по характеру колебания инструмента. Они могут быть крутильными, изгибными, продольными. Также схемы различают в зависимости от пространственного положения устройства относительно поверхности свариваемой детали, а также по способу передачи сжимающих сил на изделия и конструктивными особенностями опорного элемента. Для контурного, шовного и точечного соединения используются варианты с изгибными и продольными колебаниями. Ультразвуковое воздействие может сочетаться с локальным импульсным нагревом деталей от отдельного теплового источника. В этом случае можно достичь ряда преимуществ. В первую очередь можно уменьшить амплитуду колебаний, а также силу и время их пропускания. Энергетические свойства теплового импульса и периода его наложения на ультразвук выступают как дополнительные параметры процесса.

Тепловой эффект

Ультразвуковая сварка сопровождается повышением температуры на участке соединения. Возникновение тепла обуславливается появлением трения на поверхностях контактирующих изделий, а также пластическими деформациями. Они, собственно, сопровождают формирование сварного соединения. Температура на контактном участке будет зависеть от прочностных параметров. Главным из них считается степень твердости материала. Кроме того, немалое значение имеют его теплофизические свойства: теплопроводность и теплоемкость. На температурный уровень влияет и выбранный режим сварки. Как показывает практика, появляющийся тепловой эффект не выступает как определяющее условие. Это обуславливается тем, что максимальная прочность соединений в изделиях достигается раньше, чем температура повышается до предельного уровня. Уменьшить продолжительность пропускания ультразвуковых колебаний можно, предварительно проведя подогрев деталей. Это также будет способствовать усилению прочности соединения.

Заключение

Ультразвуковая сварка в настоящее время в некоторых промышленных отраслях является незаменимым методом соединения деталей. Особенно распространен этот способ в микроэлектронике. УЗ позволяет соединять самые разные пластичные и твердые материалы. Сегодня активно ведется научная работа по усовершенствованию инструментов и технологий сварки.

Источник: fb.ru

[~DETAIL_TEXT] =>

Механизм соединения

Специфика поведения материала

Особенности процесса

Применение УЗ

Ультразвук широко используется в научной сфере. С его помощью ученые исследуют ряд физических свойств веществ и явлений. В промышленности ультразвук применяется для обезжиривания и очистки изделий, работы с труднообрабатываемыми материалами. Кроме этого, колебания благоприятно воздействуют на кристаллизующиеся расплавы. Ультразвук обеспечивает в них дегазацию и измельчение зерна, повышение механических свойств литых материалов. Колебания способствуют снятию остаточных напряжений. Они также широко применяются для увеличения скорости медленно протекающих химических реакций. Сварка ультразвуковая может использоваться в разных целях. Колебания могут стать источником энергии для образования шовных и точечных соединений. При воздействии ультразвука на сварочную ванную при кристаллизации улучшаются механические свойства соединения за счет измельчения структуры шва и интенсивному удалению газов. За счет того, что колебания активно удаляют загрязнения, искусственные и естественные пленки, соединять можно детали, с окисленной, лакированной и пр. поверхностью. Ультразвук способствует уменьшению или устранению собственных напряжений, появляющихся при сварке. За счет колебаний можно стабилизировать составляющие структуру соединения. Это, в свою очередь, позволяет предотвратить вероятность самопроизвольной деформации конструкций впоследствии. Ультразвуковая сварка находит в последнее время все более широкое применение. Это обусловлено несомненными преимуществами этого способа соединения в сравнении с холодным и контактным методами. Особенно часто используются УЗ колебания в микроэлектронике.

Мощность УЗ

Узлы устройств

Источник питания.

Колебательная механическая система.

Аппаратура управления.

Привод давления.

Электромеханический преобразователь с обмотками. Он заключен в металлический корпус и охлаждается водой.

Трансформатор упругих колебаний.

Сварочный наконечник.

Опора с механизмом давления.

Возможности метода

Особенности соединения

Толщина деталей

Возможные проблемы

Подготовка изделий и параметры режима

Схемы сварки

Тепловой эффект

Заключение

Источник: fb.ru

[DETAIL_TEXT_TYPE] => html [~DETAIL_TEXT_TYPE] => html [PREVIEW_TEXT] => Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс, в ходе которого получают неразъемное соединение в твердой фазе. Формирование ювенильных участков (в которых образуются связи) и контакт между ними происходят под воздействием специального инструмента. Он обеспечивает совместное действие относительных знакопеременных тангенциальных смещений небольшой амплитуды и сжимающей нормальной силы на заготовки. Рассмотрим далее подробнее, что собой представляет технология ультразвуковой сварки. [~PREVIEW_TEXT] => Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс, в ходе которого получают неразъемное соединение в твердой фазе. Формирование ювенильных участков (в которых образуются связи) и контакт между ними происходят под воздействием специального инструмента.

Он обеспечивает совместное действие относительных знакопеременных тангенциальных смещений небольшой амплитуды и сжимающей нормальной силы на заготовки. Рассмотрим далее подробнее, что собой представляет технология ультразвуковой сварки. [SECTION_PAGE_TITLE] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [ELEMENT_META_TITLE] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [ELEMENT_META_KEYWORDS] => сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [ELEMENT_META_DESCRIPTION] => Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс, в ходе которого получают неразъемное соединение в твердой фазе. Формирование ювенильных участков (в которых образуются связи) и контакт между ними происходят под воздействием специального инструмента. Он обеспечивает совместное действие относительных знакопеременных тангенциальных смещений небольшой амплитуды и сжимающей нормальной силы на заготовки. Рассмотрим далее подробнее, что собой представляет технология ультразвуковой сварки. [ELEMENT_PAGE_TITLE] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [SECTION_PICTURE_FILE_ALT] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [SECTION_PICTURE_FILE_TITLE] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы [SECTION_DETAIL_PICTURE_FILE_ALT] => Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей.

Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей.

Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы

21.06.2017

Механизм соединения

Специфика поведения материала

Особенности процесса

Применение УЗ

Мощность УЗ

Узлы устройств

Источник питания.

Колебательная механическая система.

Аппаратура управления.

Привод давления.

Электромеханический преобразователь с обмотками. Он заключен в металлический корпус и охлаждается водой.

Трансформатор упругих колебаний.

Сварочный наконечник.

Опора с механизмом давления.

Возможности метода

Особенности соединения

Толщина деталей

Возможные проблемы

Подготовка изделий и параметры режима

Схемы сварки

Тепловой эффект

Заключение

Источник: fb.ru

Ультразвуковая сварка пластмасс контроль металлов машина аппарат оборудования пластика полимеров метод применение проводов материалов технологий станки своими руками схема пленок костей ручная швейная ткани цена реферат стыков

Ультразвуковая сварка.

Ультразвуковая сварка (УЗ сварка) – способ соединения различных материалов в твердом состоянии с помощью ультразвуковых колебаний. С помощью УЗ сварки хорошо соединяются поликарбонат, стирол, полипропилен, поливинилхлорид, а также искусственные кожи, натуральные ткани с синтетическими волокнами и многие другие полимерные материалы и их комбинации.

Описание

Преимущества ультразвуковой сварки полимерных материалов

Принцип действия сварочного аппарата – пистолета

Описание:

Наибольшее применение УЗ сварка нашла для соединения полимерных листовых изделий.

Преимущества ультразвуковой сварки полимерных материалов:

– возможность сварки изделий с загрязненными или покрытыми инородными пленками поверхностями,

– ультразвуковая сварка не дает (т.е. отсутствие) перегрева материала,

– получение соединений в труднодоступных местах,

– сварка материалов с узким интервалом кристаллизации,

– ультразвуковая сварка дает возможность соединить различные полимерные материалы,

– прочность соединения обычно составляет от 50 до 70% прочности соединяемых материалов, что примерно в 2-2,5 раза выше, чем при сварке тепловым методом.

Принцип действия сварочного аппарата – пистолета:

Принцип действия устройства для сваривания полимерных листов (пленок) заключается в следующем. Полимерные листы накладывают один на другой, плотно прижимают их друг к другу и к опоре, затем подводят с необходимым усилием к листам сварочный инструмент (наконечник), соединенный с УЗ преобразователем, и включают генератор, приводящий в действие УЗ преобразователь.

Под действием напряжений ультразвуковой частоты эластичность полимера возрастает либо во всем объеме между сварочным наконечником и опорой (при сварке тонких пленок), либо только в объеме зоны контакта соединяемых материалов, где имеются естественные или нанесенные искусственно неровности соединяемых поверхностей (сварка объемных деталей).

При этом вначале образуется физический контакт поверхностей и происходит активация полимерных молекул за счет разрыва химических связей, затем начинается химическое взаимодействие соединяемых материалов, переходящее в объемное взаимодействие в зоне соединения. Гистерезисные потери при деформировании полимерного материала с ультразвуковой частотой приводят к его нагреву до температур, соответствующих вязкотекучему состоянию (аморфные полимеры) или плавлению кристаллов (частично кристаллические полимеры). При температурах высокоэластичного состояния полимера происходит диффузия отдельных сегментов макромолекул свариваемых полимеров, а в некоторых случаях – и перемешивание вязкотекучего полимерного материала. При соединении двух термопластов различных марок возникают химические превращения. Величина сегмента макромолекулы определяет свариваемость материала: чем больше сегмент (“жестче” макромолекула), тем лучше свариваемость.

Прочность соединения зависит от физико-механических характеристик объекта сварки, геометрии и размеров ультразвукового инструмента, статического напряжения в зоне сварки. Обычно, прочность соединения составляет от 50 до 70% прочности соединяемых материалов. Это примерно в 2-2,5 раза выше, чем при сварке тепловым методом. Ширина шва равна ширине наконечника инструмента. Толщина соединяемых материалов составляет от единиц микрон (пленки) до единиц миллиметров (ткани, объемные детали).

карта сайта

сущность схема технология аппарат устройство установка для ультразвуковой сварки пластмасс схема
настройка генератор направляющие втулки для ультразвуковой сварки схемотехника
продажа станок принцип оборудование для обозначение ультразвуковой сварки на чертежах по гост
продать ультразвуковую сварку
сварка полиэтилена ультразвуковая
ультразвуковая сварка своими руками видео гост звукоизоляция купить меди металлов нетканых материалов пвх ткани пластика пластмасс екатеринбург оборудование пленки полимеров полипропилена презентация проводов реферат спанбонда тарпаулина цена тканей
ультразвуковая сварка пластмасс контроль металлов машина аппарат оборудования пластика полимеров метод применение проводов материалов технологий станки своими руками схема пленок костей ручная швейная ткани цена реферат стыков
ультразвуковая швейная машина для сварки полимеров
ультразвуковой контроль точечной сварки генератор метод пистолет сварки
ультразвуковые машины сварки

Коэффициент востребованности 951

Суть и особенности ультразвуковой сварки пластмасс

Сваривание пластмасс ультразвуком — это распространенный метод сварки полимеров, например, изделий из полипропилена. Ультразвуковая сварка пластмасс прочно заняла свое положение в промышленности, поскольку позволяет сократить расходы, при этом увеличить эффективность и качество сварочных работ.

В этой статье мы подробно разберем, что такое ультразвуковая сварка, какое оборудование необходимо для сварки пластмасс ультразвуком и какие есть преимущества у этого метода.

Содержание статьи

Принцип действия ультразвуковой сварки
Суть получения швов ультразвуком
Какие есть параметры у ультразвукового сварочного оборудования
Подробная классификация
Преимущества и недостатки ультразвуковой сварки
Оборудование для сварки ультразвуком
Вместо заключения

Принцип действия ультразвуковой сварки

Итак, что из себя представляет ультразвуковой метод сварки? Говоря простыми словами, ультразвуковое оборудование генерирует механические колебания, которые затем преобразовывает в тепловую энергию, которая как раз и используется для выполнения соединений. Этот процесс также называется «использование энергии преобразования», в нашем случае преобразования механической энергии в тепловую.

Сам процесс условно состоит из двух этапов. На первом этапе тепловая энергия, полученная в результате преобразования механических колебаний, и точечно направленная на место сварки увеличивает диффузию молекул у пластмассовых деталей. После этого границы свариваемых деталей начинают плавиться и скрепляться между собой. На втором этапе границы свариваемых деталей остывают и образуют прочный шов. Это примерное описание принципа действия ультразвуковой сварки. Далее мы более подробно разберем, как получаются такие соединения.

Суть получения швов ультразвуком

Классическая ультразвуковая сварка существенно отличается от привычной для многих сварки металла. Для сварки металла требуется крайне высокая температура плавления, но в случае с ультразвуком необходима лишь энергия, исходящая от ультразвуковой волны, и одновременное механическое воздействие на предполагаемое место будущего шва. Поэтому нет необходимости использовать дополнительные расходники, вроде электродов или проволоки.

Сварщик подключает к ультразвуковому сварочную оборудованию генератор, благодаря которому образуются ультразвуковые колебания. Эти колебания преобразовываются в механические, происходит это с помощью специального преобразователя. Затем подключается волновод, который колеблется перпендикулярно сварному шву. За счет этого преобразованные колебания напрямую попадают в предполагаемое место будущего сварного соединения, также образуется статическое и динамическое давление. Статическое и динамическое давление направлено перпендикулярно деталям, при этом каждое из типов давлений выполняет свою функцию. Динамическое давление позволяет достичь необходимой температуры плавления для того или иного вида пластмассы, а статическое способствует формированию прочного соединения.

Благодаря всем этим особенностям с помощью ультразвуковой сварки можно соединить даже металл и пластмассу, хотя их температура плавления существенно отличается. Также пластмассу можно соединить с любым другим материалом, способным выдержать ультразвуковую сварку.

Какие есть параметры у ультразвукового сварочного оборудования

Для работы с ультразвуковым оборудованием следует ознакомиться с основными параметрами, которые можно отрегулировать в зависимости от вашей работы. Итак, вы можете регулировать:

Амплитуду колебаний торца волновода (этот параметр позволяет настроить время сварки и прочность готового шва)
Частоту электрических колебаний и силу давления волновода на пластмассу.
Продолжительность импульса (этот параметр регулирует скорость сварки).
Статистическое (сварочное) давление (этот параметр зависит от амплитуды колебаний и влияет на качество готового шва).

Также существуют дополнительные параметры. К примеру: температура предварительного разогрева детали, параметры, учитывающие размер и форму деталей, и многие другие.

Для каждого отдельного типа пластмассы и шва, который необходимо получить, устанавливаются свои индивидуальные параметры. Их совокупность называется режимом сварки. Оптимальный режим сварки для тех или иных деталей в промышленных условиях выбирается только после проведенных исследований. Специалисты в лаборатории выполняют соединения с различными режимами и тестируют швы на герметичность, надежность и прочие качества. Конечно, если вы планируете использовать ультразвуковое сварочное оборудование для личных целей, вы не будете проводить исследования. Но мы рекомендуем все же потренироваться на небольших образцах. Лишь пройдя путь проб и ошибок вы сможете найти оптимальные параметры для каждого типа сварки.

Подробная классификация

Мы классифицировали ультразвуковой метод сварки на несколько категорий, которые в свою очередь имеют свои подвиды. Итак, ультразвуковая сварка пластмасс подразделяется по:

Принципу перемещения вдоль шва. Может быть ручным, когда сварщик сам направляет сварочный инструмент, или механическим, когда сварка происходит с использованием автоматического оборудованию по заранее заданным параметрам. Механический способ точнее, чем ручной, но при этом нет возможности оперативно изменить направление шва, если это необходимо.
Принципу подачи энергии. Может быть двусторонней или односторонней. Односторонняя больше предназначена для сваривания толстых деталей и, а двусторонняя — для тонких. Но для двусторонней необходимо дополнительное охлаждение.
Принципу перемещения волновода. Может быть непрерывным, когда волновод перемещается с постоянной скоростью, а может быть прерывным, совершая одно короткое движение с заданными промежутками.

Более глобально ультразвуковую сварку разделяют на контактную и передаточную. Контактная сварка нужна для соединения тонких пластмассовых деталей (до 2 мм). Для выполнения шва детали укладывают друг на друга с небольшим нахлестом и по уже по нему выполняется шов.

Передаточная сварка используется во всех остальных случаях, а еще в те моменты, когда свариваемые пластмассы обладают высокими акустическими свойствами. Суть передаточной сварки заключается во введении механических колебаний в определенные точки. При этом энергия выделяется в том количестве, которое необходимо, чтобы ультразвуковая волна могла сама равномерно распространиться. В таком случае шов получается надежным и качественным. Передаточная сварка часто применяется при сварке мягкой пластмассы (ее необходимо предварительно заморозить) или для стыковых швов у полистирольных, полиамидных и поликарбонатовых деталей.

Преимущества и недостатки ультразвуковой сварки

У этого метода сварки есть масса преимуществ, благодаря чему он и стал настолько популярен в промышленности и не только. Вот некоторые из них:

Обеспечивает высокую производительность при относительно небольших затратах.
Позволяет получить на деталях любой толщины качественные герметичные швы, устойчивые к механическому воздействию.
Дает возможность проводить сварочные работы с деталями в любом состоянии, поверхность не нужно предварительно очищать.
Тепло выделяется только в одной конкретной точке, поэтому отсутствует вероятность перегрева сварного шва.
Напряжение не подводится к поверхности свариваемых деталей, из-за чего исключено формирование радиопомех.
Можно выполнять различные швы: от точечного ремонта до непрерывного соединения деталей в промышленных масштабах. При этом не нужно соблюдать особые условия, сварку ультразвуком можно проводить в любом месте, где есть электроэнергия.
Этот метод позволяет комбинировать сразу несколько задач. Например, можно сваривать пластмассу и одновременно наносить какое-либо полимерное напыление или осуществлять резку.
Можно сварить друг с другом любые пластмассы.
Если точно выбрать режим сварки, то можно добиться практически незаметного шва.
Не нужно использовать в работе расходники, а также клей или растворитель, который может оказать пагубное влияние на организм.

Но, как и у любого метода сварки, здесь не обошлось без недостатков:

Частная необходимость применения двусторонней подачи энергии из-за маленькой мощности процесса сварки.
Не существует единого способа контроля качества свариваемого соединения, из-за этого работа может получиться некачественной.

Как видите, недостатков мало. Но учтите, что все достоинства сварки ультразвуком доступны лишь в случае, если вы правильно настроите режим. Если вы начинающий, то мы рекомендуем выбрать оборудование с автоматическим определением оптимального режима сварки.

Если вы намерены выбирать режим вручную, то воспользуйтесь таблицей, приведенной ниже (здесь в качестве примера параметры для сварки пластиковых труб). В ней указаны рекомендуемые параметры. Со временем вы получите больше опыта и сможете самостоятельно выбирать оптимальный режим.

Оборудование для сварки ультразвуком

Комплект ультразвукового оборудования состоит из ультразвукового генератора, пресса, опоры, преобразователя, волновода и сварочного инструмента. При этом выделяют несколько основных узлов, играющих первостепенную роль. К ним относятся:

Ультразвуковой генератор

Генератор вырабатывает ультразвуковые колебания, а затем преобразовывает их в механические, при этом сохраняя ту же частоту. Также с помощью генератора можно регулировать скорость колебаний и определять способ передачи ультразвуковой энергии.

Преобразователь

Преобразователь (чаще всего пьезокерамический или магнитострикционный) в связке с генератором отвечает за преобразование электрической энергии в механическую и используется в аппаратах с двусторонним подводом энергии. При этом важно учесть, что такому оборудованию необходимо постоянное охлаждение, например, водное или воздушное.

Трансформатор упругих колебаний

Трансформатор упругих колебаний согласовывает между собой работу преобразователя и волновода, по сути являясь связующих звеном. Также он способен повысить амплитуду колебаний с торца волновода.

Волновод передает механическую энергию и создает давление в определенных местах. Роль волновода может выполнять акустический трансформатор.

Опора необходима для надежного фиксирования деталей. В некоторых случаях она напрямую используется для сварки в качестве дополнительного волновода.

Дополнительно оборудование может быть оснащено функцией автоматического или ручного контроля параметров работы. Мы рекомендуем использовать именно такое оборудование, поскольку оно позволяет выполнить работу по-настоящему качественно. Лишь в таком случае можно достигнуть максимальной прочности сварных швов.

Вместо заключения

Мы убедились, что ультразвуковая сварка — это очень технологичный и эффективный метод соединения различных полимеров. Качество получаемых швов не сопоставимо с другими методами сварки, оно на голову выше. Особенно, если применяется механический способ сварки ультразвуком.

Конечно, необходимо обладать большим опытом и высокой квалификацией, чтобы соединения получилось идеальным. При этом большинство действий опытный сварщик выполняет интуитивно, а для этого нужно десять раз совершить ошибку, чтобы на одиннадцатый раз получить по-настоящему качественный шов. Тем не менее, мы рекомендуем обучиться хотя бы азам сварки ультразвуком. Это откроет для вас больше возможностей. Делитесь в комментариях своим опытом, наверняка начинающие умельцы будут рады услышать мнение профессионалов. Удачи!

ультразвуковая сборка 35 кГц высокой мощности для сварки пластмасс

ультразвуковая сборка 35 кГц высокой мощности для сварки пластмасс

описание:

Ультразвуковая сварка пластмасс — это современная технология, используемая для формирования прочного соединения. механические колебания генерируют тепло от трения до тех пор, пока пластмассовые детали не достигнут точки плавления и не могут быть сжаты вместе. Преимущество ультразвуковой сварки пластмасс заключается в том, что она может применяться для встраивания металлических деталей в пластмассу. сплавление пластика и металла стало важной проблемой, поскольку пластик заменяет другие материалы в автомобильной промышленности. Преимущества ультразвуковой сварки пластмасс от рулевых колес до дверных панелей включают малое время цикла, автоматизацию и гибкость. Кроме того, ультразвуковая сварка пластмассой не повреждает качество поверхности, так как высокочастотные вибрации препятствуют образованию меток. это серьезное соображение для многих автопроизводителей, потому что недостатки могут повлиять на их итоги.

применение:

автомобильные запчасти : бамперы, воздушные фильтры, автомобильная аудиосистема, накладки на ноги, дверные панели, вилки сцепления

электрические продукты : увлажнители, зарядные устройства, аккумулятор, телефоны, розетки, флешки

изделия медицинского назначения : лейкоцитарные фильтры, точные жидкие лекарственные фильтры, чашки для отделения плазмы крови

упаковка и одежда : клапанные мешки, бумажные стаканчики, коробки для упаковки молочных продуктов, сумки для ремней, молнии

канцелярские товары и игрушки : чернильницы, папки с файлами, визитницы, альбомы

Спецификация:

предмет номер.	hsw20	hsw30	hsw35	hsw40	hsw60
частота	20кГц	30kHz	35khz	40кГц	60kHz
сила	1000w	1200w	1000w	500w	300w-500w
рог	≤12mm	≤10mm	≤10mm	≤10mm	≤10mm
диаметр корпуса	44мм	44мм	44мм	44мм	44мм
вес сварщика	1. 0kg	1.0kg	1.0kg	1.0kg	1.0kg

конкурентное преимущество:

1. Ультразвуковая сварка может применяться для различных комбинаций материалов сварки, она не может применяться для полупроводниковых материалов, таких как высокая температура, вызванная загрязнением и работой, легко сваривать теплопроводность и материалы с высокой проводимостью, такие как золото, серебро , медь, алюминий и др.

2. Потребляемая мощность мала, только для контактной точечной сварки 5% слева и справа, деформация сварного шва менее 3-5%, прочность и прочность паяного соединения в среднем около 15-20%, на поверхности чистоты. Требования не высоки.

3. Ультразвуковой сварочный процесс широко используется в устройствах микроэлектроники и технологии отделки, наиболее успешным применением является элемент интегральной микросхемы и его применение в электронной аэрокосмической электротехнической промышленности, занимающейся упаковкой пластмасс.

4. Ультразвуковой сварочный процесс успешно объединяет многие комбинации разнородных материалов, он сваривается без присадочных металлов или газов, он быстрый и простой в использовании, потому что ультразвуковая сварка не требует соединительных болтов или паяльных материалов для соединения двух частей, это экономит на производстве и усилении. ; производственные затраты.

5. Ультразвуковой сварочный процесс идеален, потому что он создает надежные соединения без каких-либо примесей или тепловых искажений в соединяемых компонентах, ультразвуковой сварной шов быстро высыхает, потому что нет никаких адгезивов или растворителей для сушки и нет необходимости в отверждении материалов.

6. Ультразвуковой сварочный процесс предлагает чистые внешние поверхности сварных деталей, потенциальную экономию рабочей силы, отсутствие времени сушки в стойке, газонепроницаемость и полностью стабильный, возможность сварки в присутствии инородных тел, таких как порошки и жидкости, несовместимые с использованием любых других традиционных процессов сборки.

Запрос

Пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.

Ультразвуковая сварка: оборудование (установки)

Автор admin На чтение 4 мин. Просмотров 518 Опубликовано 14.05.2014

Ультразвуковая сварка металлов и пластмасс – эта еще одна разновидность классической сварки давлением. Данный технологический процесс основан на сжимании двух заготовок, свариваемые кромки (плоскости) которых вибрируют (смещаются в тангенциальном направлении) с ультразвуковыми (до 40 КГц) частотами.

В итоге, при контакте «деталь в деталь», на кромках шва возникает пластическая деформация, перетекающая в объединение кристаллических решеток или полимерных цепочек стыкуемых элементов.

В данной статье мы разберем процесс ультразвуковой сварки с физической и технологической точки зрения. Кроме того, на этой странице вы сможете найти описание типового оборудования, необходимого для сварки заготовок ультразвуковыми колебаниями. А в завершении мы разберем технологические приемы реализации этого процесса.

Процесс ультразвуковой сварки основан на совмещении тангенциальных колебаний и вертикальной нагрузки в зоне контакта двух деталей.

В результате такого воздействия истираются микронеровности, покрывающие контактные поверхности, и разрушается оксидная пленка.

Кроме того, возникает эффект перетекания кинетической энергии возвратно-поступательных колебаний в тепловое излучение, расплавляющее поверхностные слои деталей. И в этих условиях, даже относительно небольшая вертикальная нагрузка приводит к образованию межкристаллических (у металла) или межмолекулярных (у полимера) связей, скрепляющих соединяемые детали.

Таким образом, все установки ультразвуковой сварки функционируют на основе термомеханической технологии получения неразъемного соединения. Причем такие аппараты не нуждаются во внешнем нагреве. Выделяемой при трении деталей энергии вполне достаточно для образования новых межатомных или межмолекулярных связей.

Где используют ультразвуковую сварку?

Ввиду дороговизны оборудования классическое применение ультразвуковой сварки – монтаж элементов металлоконструкций – было бы экономически неоправданным. Однако с помощью этой технологии удается сваривать не только металлы, но и полимеры, и даже органические соединения.

Поэтому ультразвуковая технология используется в приборостроении, электронике и прочих отраслях, где есть спрос на эффективные способы сопряжение металлических и неметаллических элементов.

Кроме того, ультразвуковой способ подходит и для сварки материалов с чрезвычайно прочной оксидной пленкой. Хороший пример такого случая — ультразвуковая сварка алюминия, покрытого тугоплавким оксидом (температура плавления более 2000 градусов Цельсия). В данном случае ультразвуковые аппараты действуют более эффективно, чем классическая аргонодуговая технология.

А еще, существует особая технология ультразвуковой сварки костной ткани, использующая в качестве присадочного материала эфир цианакриловой кислоты. Введенный в разлом кости циакрин твердеет под действием ультразвука и образует высокопрочный шов между обломками органической ткани.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Работающая на ультразвуке сварочная установка состоит из следующих блоков:

Генератора ультразвуковых колебаний, формирующего переменное электромагнитное поле, частота которого выходит за пределы 20 КГц.
Вибратора, трансформирующего волновые колебания в механическую вибрацию. Вибратор состоит из пакета пластин (толщиной не более десятой части миллиметра), изготовленных их особого материала, который меняет линейные габариты под действием магнитного поля. В итоге, магнитное поле, передаваемое от генератора на пластины, то удлиняет, то укорачивает их размер и электромагнитная волна перетекает в механическую вибрацию.
Вибратор соединяется волноводом конической или цилиндрической формы, который транслирует механическую вибрацию на поверхность внешней детали. Причем конический волновод работает еще и как резонатор, усиливая амплитуду и повышая эффективность процесса.

Помимо указанных блоков в конструкцию аппарата входит еще и особый сварочный стол, на котором покоятся соединяемые детали. Причем аппарат ультразвуковой сварки транслирует вибрацию на внешнюю деталь в продольном, продольно-поперечном или в продольно-вертикальном направлении. Кроме того, возможно и взаимное кручение стыкуемых элементов.

В завершении описания оборудования следует отметить, что стыкуемые детали попадают на рабочий стол аппарата в следующей последовательности: вниз укладывают толстую деталь, на которую помещают тонкую заготовку. Соотношение толщины верхней и нижней заготовок может достигать значения 1/1000.

Технологические приемы сварки ультразвуком

В процессе сварки ультразвуком используют следующие варианты стыковки деталей:

Сопряжение внахлест, когда поверх одной плоской заготовки укладывают аналогичную.
Сопряжение по рельефу, когда нижняя плита соприкасается с рельефной поверхностью верхней детали.
Сопряжение по кромкам, когда торцы изделий либо накладываются друг на друга, либо стыкуются под углом.
Сопряжение «крест-накрест» и тавровое сопряжение, когда два прутка накладываются внахлест, при несовпадении осей стыкуемых деталей, или когда торец прутка стыкуют с плоскостью.
Многослойное сопряжение, когда стыкуют больше двух заготовок.

Кроме того, существует и схема параллельной сварки двух прутков (вдоль оси), прутка и плоскости.

Указанные варианты соединения реализуются за счет трансляции колебаний в продольном (внахлест, рельеф), продольно-поперечном (встык под углом) или крутящем направлении (тавровое или прямое стыковое направление).

Производство изделий путем ультразвуковой сварки пластика | ДЕТАЛИ И КОРПУСА ИЗ ПОЛИМЕРОВ

Ультразвуковая сварка является одним из самых экономически выгодных и быстрых способов производства изделий из пластика. Чаще всего этим методом создаются простые по форме упаковочные изделия, например, полипропиленовые коробки.

Преимущества ультразвуковой сварки

Метод ультразвуковой сварки представляет собой способ точечное соединение деталей изделия в одно целое с помощью воздействия на пластик ультразвуковыми волнами с одной стороны и механическим давлением с другой. Поскольку температура нагрева ультразвуковых волн намного меньше, чем при тепловой сварке, это позволяет использовать в работе более широкий спектр видов пластика.

Также при ультразвуковой сварке для соединения деталей изделия не требуется использование клея или других дополнительных веществ. При этом швы от этого вида сварки получаются более аккуратными и прочными, поскольку представляют собой молекулярное соединение верхних слоев материала.

Еще одним преимуществом этого вида производства является его скорость. Каждый шов, в зависимости от модели станка и вида пластика, занимает от 0,1 до 3 секунд. Следовательно, при создании изделий таким способом клиент экономит с различных фронтов: сокращаются затраты на материалы и время на создание изделий.

Коробки из полипропилена

Методом ультразвуковой сварки можно изготовить самые разнообразные по дизайну и размеру изделия, однако самым часто производимым, по крайней мере в нашей компании, являются ящики и контейнеры из сотового полипропилена. Это не токсичный, химически стойкий и безопасный для человека материал. Он не имеет запаха и может контактировать с пищевыми продуктами. Прочные и легкие коробки из полипропилена могут быть использованы для организации хранения любых видов продукции: от офисных принадлежностей до сельскохозяйственных продуктов.

Еще одним преимуществом сотового полипропилена является наличие неограниченной цветовой гаммы. Кроме того, контейнеры из этого материала имеют небольшой вес и их можно штабелировать. Все это позволяет упростить организационную систему компании, оптимизировать процессы хранения на складе и при транспортировке товаров.

Процесс сварки пластика

Прежде чем приступать к производству продукции из пластика необходимо выяснить потребности клиента: вид, назначение и серийность изделий, которые необходимо создать, сроки и бюджет проекта. Получив от клиента подробную информацию, менеджер может сделать расчет, который будет согласован с заказчиком. Если все в порядке, то создается чертеж, по которому будет произведен тестовый образец будущего изделия. Согласовывая тестовый образец, клиент дает отмашку на производство полноценной партии изделий. После того, как продукция полностью произведена, ее упаковывают и доставляют клиенту в любой город России.

как и чем проводится, особенности процесса, плюсы и минусы

Главная / Техника сварки

Время на чтение: 5 мин

107

Для того, чтобы соединять конструкции из полимерных материалов (например, полипропиленовые), используется ультразвуковая сварка пластмасс.

Этот метод уменьшает расходы, увеличивает эффективность и улучшает качество готового изделия, поэтому так обширно применяется в промышленности.

Эта статья написана в помощь тем, кто решил узнать о сварке ультразвуком пластмасс и ряде моментов, связанных с ней (оборудование, достоинства, недостатки).

Как это работает?
Как образуется шов?
Характеристики оборудования
Категории сварки
+ и —
Сварочные аппараты
Постскриптум

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

односторонняя;
двусторонняя.

По методу движения волновода классифицируют:

Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

по времени воздействия;
по величине осадки;
по величине зазора;
по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.

Схема точечной ультразвуковой сварки

Схема установки для роликовой сварки ультразвуком

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Категории сварки

Известно несколько вариантов классификаций сварки пластмасс ультразвуком. Каждая из них включает несколько пунктов. Ниже приведены наиболее популярные.

Классификация по подаче энергии:

Односторонняя (применяется для соединения толстостенных конструкций).
Двусторонняя (оптимальна для тонкостенных деталей, но требует добавочного охлаждения).

Классификация по передвижению волновода:

Непрерывное (скорость движения волновода не изменяется со временем).
Прерывное (движения с заранее известными временными промежутками).

Классификация по движению вдоль шва:

Ручное (сила, направляющая аппарат, сосредоточена в руках мастера).
Механическое (сварочный аппарат перемещается вдоль шва автоматически, по ранее сформированным параметрам. Менее сфокусированный, чем ручной, но даёт возможность поменять направление сварного соединения).

Классификация по типу сварки:

Контактная (шов формируется по уложенным внахлёст конструкциям. Подходит для деталей толщиной 2 миллиметра и меньше).
Передаточная (формирование механических колебаний проводится в установленные точки на деталях в таких количествах, чтобы гарантировать равномерное распространение волны ультразвука и, как следствие, прочность и качество соединения. Используется при сварке деталей толще 2 миллиметров, пластмасс с акустическими свойствами, мягких пластмасс, которые предварительно замораживаются, а также для выполнения стыковых швов у изделий из поликарбоната, полистирола и полиамида).

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая

Подключают генератор ультразвука.
Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.

Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

Как образуется шов?

Работа с металлом не похожа на сварку ультразвуком. Для второй не понадобятся привычные по работе с металлом расходные материалы (проволока, стержни электродов и пр.) и высокое температурное воздействие.

Зато потребуются механическое влияние на место формирования шва и энергия ультразвуковых колебаний.

Образование колебаний начинается с подсоединения генератора к ультразвуковому сварочному аппарату для пластмассы. Преобразователь трансформирует колебания одного вида в другие (ультразвуковые в механические).

Следом происходит подключение колеблющегося параллельно будущем шву волновода.

Он позволяет локально сфокусировать энергию в конкретной точке и создаёт два типа давлений: статическое и динамическое. Они приложены к детали под углом в 90°, и у каждого из них своя роль.

Первое отвечает за получение прочного шва, а второе — за достижение уровня температуры, оптимальной для работы с разными типами пластика и пластмасс.

Технически, возможности этого метода позволяют скреплять пластмассу с деталями различного состава, главное условие — чтобы материал выдерживал воздействие ультразвука.

В теории возможно соединение пластмассы с металлом, несмотря на разницу их температур плавления.

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:

не требуется защитная газовая среда;
нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
нет ограничений по форме деталей;
экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
не требуются сварочные материалы;
высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
низкие затраты энергии.

Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Технология УЗС для металлов

Соединение методом УЗС применяется для различных металлов и сплавов. Данный метод имеет широкие возможности в соединении не только однородных, но и разных материалов (соединение стальной пластины с керамической, проволоки и фольги и т. д.). Применяется в электронике, ювелирном, холодильном, автомобильном, аккумуляторном производствах и др.

Например, для сварки:

пучков проводов и разъемов в автомобилях;
деталей при производстве аккумуляторов, электродвигателей, батареек, солнечных батарей;
трубопроводов в холодильниках, кондиционерах и т. д.

Схема операций технологического процесса:

подготовка свариваемых поверхностей;
сборка узлов;
прихватка;
сварка;
правка.

Для сварного изделия разрабатывается технологический процесс. Каждый этап технологии для каждого изделия индивидуален.

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения. Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться. Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Ограничения

Самым главным ограничением, на которое стоит обратить внимание, является размер изделий, свариваемых таким способом. Он не должна составлять более 250 мм (в длину, ширину, высоту).

Требование к размерам связано с тем, что выходная мощность датчика имеет свои пределы, нет возможности выдавать слишком большую мощность ультразвуковых волн, а так же с проблемами при контроле амплитуды колебаний.

Материалы, для соединения которых применяют ультразвуковую сварку, должны быть сухими. Иными словами иметь содержание влаги в них должно быть минимальным, иначе лучше использовать вибрационную сварку.

Для крепления толстостенных деталей не имеет смысла применять ультразвуковую сварку. Хотя бы один из соединяемых элементов должен быть легким, поскольку он поглощает в себя большое количество энергии.

Работа с металлическими деталями

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Прочностные характеристики шва достигают 70% от значений для исходного сплава.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Специфика процесса

Задача любой сварки — надежное соединение материалов. При нагревании участков молекулы заготовок переходят в возбужденное состояние, сопровождающееся увеличением расстояния между ними. Здесь может происходить рекомбинация связей составных элементов. Как выполнить это с наименьшими потерями материала, быстро и качественно? Тут без ультразвуковой сварки обойтись сложно.

У/З волна направленного действия попадает в предполагаемое место стыка деталей. Под ее воздействием происходит ранее описанный процесс — возбуждение молекул. Достаточно сблизить заготовки, чтобы процесс их слияния стал неизбежным.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:

высокая производительность;
низкая себестоимость операции;
герметичность швов на толстостенных заготовках;
отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
отсутствие перегрева;
отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
универсальность по типам пластиков;
отсутствие расходных материалов и химикатов.
эстетичность и малозаметность шва.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:

Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
Сложность контроля качества шва.

Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Выделение тепла

При проведении ультразвуковой сварки выделяется тепло в точке воздействия аппарата. Это происходит за счет образования трения между поверхностями контактируемых материалов, а так же за счет пластических деформаций, без которых любая сварка не обходится.

На повышение температуры в месте сварки влияет твердость материала, его тепловая емкость и тепловая проводимость. Особое влияние на нагрев оказывает режим сварки.

Стоит отметить, что рост температуры при ультразвуковой сварке сильно не сказывается на качестве соединения. Практические исследования показали, что наивысший уровень прочности достигается раньше, чем максимальная температура при этом процессе.

Если предварительно прогреть изделие, то это позволит уменьшить время пропускания ультразвуковых колебаний и приведет к повышению прочности получаемого при сварке соединения.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки. К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники. Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:

точеное;
шовное;
шовно–шаговое.

Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Волновод

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

Недостатки

Магнитострикционный преобразователь. 1 — термомеханический преобразователь, 2 — трансформатор упругих колебаний.

Необходимость использования дорогих генераторов ультразвука, однако с развитием силовой высокочастотной электроники стоимость генераторов ультразвука существенно снизилась;
Мал диапазон толщин свариваемых материалов, однако подбирая форму свариваемых деталей можно добиться эффекта акустической линзы, фокусирующей ультразвук в зону сварки;
Необходимость дополнительного внешнего сжатия деталей, однако для большинства других видов сварки пластмасс это тоже необходимое условие.

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва. Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения. Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:

Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
Частота работы генератора.
Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.

К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Возможности ультразвука

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва. В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации. Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Листовые и пленочные заготовки соединяют внахлест. Для заготовок в форме стрежней применяют тавровые швы.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Как проходит сварка ультразвуком?

Сварка металла ультразвуком проводится за счет влияния высокочастотных колебаний поперечного направления, происходящих по краям нескольких металлических поверхностей. Параллельно с этим свариваемые конструкции монтируются друг с другом под умеренно высоким давлением. В итоге нарастающее внутри деталей напряжение приводит к появлению упругопластических деформаций по контуру поверхности. Конкретно локализованное стыковое скольжение между фазами постепенно начинает разрушать оксиды металла и расположенные на поверхности плёнки, что позволяет конструкциям контактировать друг с другом сразу в десятках точек соприкосновения. Колебания длительной периодичности за короткий промежуток времени полностью разрушают все границы стыковки между деталями, увеличивая площадь их контакта и обеспечивая соединение, структурно напоминающее сварку посредством диффузии.

Ультразвуковые сварочные работы вызывают повышение температуры отдельных участков металлических деталей. Этого удаётся достичь при помощи комбинации пластического гистерезиса, скольжения между фазами и пластичных деформаций. Если правильно настроить мощность используемых приборов, то процесс ультразвуковой сварки проходит без переплавки металла на границе соединяемых конструкций.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:

соединяемые материалы должны быть пластичными;
их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.

Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериалов

Использование ультразвуковой швейной машины

Технология проучила широкое распространение в следующих областях:

приборостроение;
электроника;
производство пластиковых оболочек;
выпуск пластмассовых изделий.

Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Область применения

В промышленных масштабах метод применяется для производства изделий из полиамида и легкоплавкого пластика:

оправ для очков;
упаковок;
игрушек;
мелких деталей.

Метод применим для создания полупроводниковых переходов. С помощью ультразвука добиваются прочного соединения разнородных материалов, металлов с различными физическими характеристиками, температурой плавления. Сваркой создают сложные микросхемы в робототехнике, электронике.

Основы ультразвуковой сварки пластмасс

Что такое ультразвуковая сварка?

Технология ультразвуковой сварки

использует высокочастотные колебания (ультразвуковые) для точного соединения двух термопластичных деталей за доли секунды. Под точным давлением соединение закрывается менее чем за 0,2 секунды.

Ультразвуковые волны колеблются десятки тысяч раз в секунду. Это колебание передается контактной поверхности, которая непосредственно контактирует с пластиковыми деталями.Поскольку граница зоны сварки имеет большой акустический импеданс, она создает высокие температуры. Пластик довольно плохо проводит тепло и не может рассеивать тепло, пока не изменит состояние пластика с твердого на жидкое. При небольшом давлении две части сливаются вместе, как если бы они были одним куском пластика. Как только ультразвуковой сигнал прекращается, детали снова становятся твердыми. Это волшебство, которое создает чистый и очень прочный шов между двумя частями.Сварной шов будет иметь прочность, близкую к прочности исходных материалов, формируемых вместе в процессе литья под давлением.

Давайте немного углубимся, чтобы увидеть, как выглядит каждый шаг! Мы поговорим о том, как работает этот процесс, каковы преимущества / недостатки и как спроектировать ваши пластмассовые соединения, чтобы максимально использовать эту технологию.

ОСНОВЫ ультразвуковой сварки

Шаг 1 — Детали в приспособлении

Две детали из термопласта, которые необходимо собрать, помещают вместе, одна поверх другой, в поддерживающее гнездо, называемое приспособлением.

Шаг 2 — Контакт звукового сигнала

Титановый или алюминиевый компонент, называемый рогом, контактирует с верхней пластиковой частью.

Шаг 3 — Приложенное давление

К деталям прикладывают контролируемое давление, прижимая их вместе к приспособлению.

Шаг 4 — Время сварки

Рупор вибрирует вертикально 20 000 (20 кГц) или 40 000 (40 кГц) раз в секунду в течение определенного времени, также называемого временем сварки.Различные части детали точно спроектированы так, что энергия направляется в определенные точки соприкосновения между двумя частями.

Механические колебания передаются через термопластические материалы к стыку стыка, создавая тепло трения. Когда температура на стыке стыка достигает точки плавления, пластик плавится и течет, и вибрация прекращается. Это позволяет расплавленному пластику начать охлаждаться.

Шаг 5 — Время удержания

Сила зажима поддерживается в течение заданного времени, чтобы позволить деталям сплавиться по мере охлаждения и затвердевания расплавленного пластика.Это известно как время удержания. Повышенная прочность соединения и герметичное уплотнение могут быть достигнуты путем приложения более высокого усилия во время выдержки. Это достигается с помощью двойного давления в различные моменты времени выдержки.

Шаг 6 — Рог втягивается

После затвердевания расплавленного пластика зажим снимается, и рог втягивается. Две пластиковые части теперь соединены, как если бы они были отлиты вместе, и вынимаются из приспособления как одна часть.

Ультразвуковая сварка пластиковых сборок — это быстрый, чистый, эффективный и повторяемый процесс, который потребляет очень мало энергии.Не требуются растворители, клеи, механические крепления или другие расходные материалы, а готовые сборки прочны и чисты.

важные факторы ультразвуковой сварки пластмасс

Время сварки и давление сварочной головки можно регулировать с амплитудой, определяемой конфигурацией преобразователей и стержней. Как правило, основные переменные —

Амплитудные стержни и преобразователи
Сварочная головка напорная
Время сварки
Время удержания

Регулировка должна быть точной. Если частота слишком высока или время подачи сигнала слишком велико, пластмассы могут легко деформироваться за пределами границ точек соединения. Если приложенная энергия слишком слабая, образуется плохая связь.

Преимущества и недостатки

Преимущества ультразвуковой сварки пластмасс

Технология ультразвуковой сварки отличается высокой скоростью сварки, высокой прочностью сварки и хорошими характеристиками уплотнения. Это подходящая замена традиционным процессам сварки / склеивания.Процесс чист, потому что он не использует вредных растворителей или клея, а также не повреждает продукт. Эту технологию также легко внедрить в производственный процесс, и она отличается низким уровнем отказов. В качестве бонуса все эти преимущества помогают снизить производственные затраты.

Недостатки ультразвуковой сварки пластмасс

Когда толщина и твердость пластмассовых деталей увеличиваются, мощность, необходимая для сварки, увеличивается экспоненциально в зависимости от параметров пластмассы. Это увеличивает стоимость производства аппарата для ультразвуковой сварки.Если потребляемая мощность слишком велика, проектирование и изготовление акустической системы, а также технологические эффекты создадут ряд проблем, которые трудно решить. Таким образом, технология обычно ограничивается тонкими деталями, такими как проволока, фольга и листы. Состояние этой технологии ограничивает форму соединения системы ультразвуковой сварки соединениями внахлест и ограничивается головкой инструмента. Детали могут выступать только в пределах допустимого диапазона размеров сварочной системы. Форма сварного шва и размерный ряд ограничены.

Эти ограничения означают, что свариваемые детали должны быть точно спроектированы, чтобы максимально использовать преимущества этого процесса.

Области применения

Ультразвуковая сварка пластмасс подходит практически для всех термопластов. При планировании сварных швов между деталями из полукристаллического пластика важно помнить, что поведение этих пластиков при сварке значительно отличается от поведения аморфных пластмасс.

Ультразвуковая сварка пластмасс может использоваться в ограниченной степени для соединения двух различных термопластов (аморфных пластмасс).Ультразвуковая сварка не подходит для использования с термореактивными пластиками. Сегодня ультразвуковая сварка используется во всех отраслях промышленности, где обрабатываются пластмассы. Чаще всего используется в автомобильной, медицинской, текстильной, пищевой, пластмассовой и упаковочной промышленности.

Как мне начать?

NexPCB предлагает эту технологию как часть нашего полного предложения «под ключ». Если вы ищете приложения этого типа для своих текущих или новых проектов, вы можете перейти к нашему запросу по проекту, чтобы представить свои проекты.Наша команда опытных инженеров-механиков оценит ваш проект и сообщит, подходит ли эта технология для вашего проекта!

Как решать общие проблемы ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка — широко признанный и принятый процесс соединения термопластичных материалов. Он предлагает множество преимуществ, включая надежность и повторяемость процесса, меньшее потребление энергии по сравнению с другими методами соединения, экономию материалов (поскольку нет необходимости в расходных материалах, таких как клей или механические крепежные детали), а также экономию рабочей силы.

Но, как и в случае с любым другим процессом, существуют ситуации, когда очевидные проблемы с этой технологией могут прервать производственный процесс. Ключом к решению и предотвращению этих проблем является понимание их вероятного происхождения. Процессоры, успешно применяющие ультразвуковую сварку, обычно имеют две основные характеристики: у них есть хорошо задокументированный и валидированный процесс сварки; и этот процесс поддерживается и поддерживается резидентом, хорошо обученным «чемпионом». Если один или оба этих важных фактора отсутствуют, вы, скорее всего, очень скоро обратитесь за помощью.Даже когда оба присутствуют, возможно, вам понадобится помощь или техническая помощь хотя бы время от времени.

КАК РАБОТАЕТ ПРОЦЕСС
Прежде чем исследовать общие причины проблем ультразвуковой сварки, давайте разберемся с самим циклом сварки. При ультразвуковой сварке высокочастотные колебания воздействуют на поверхности двух деталей с помощью вибрирующего инструмента, обычно называемого «рогом» или «сонотродом». Сварка происходит в результате теплоты трения, возникающей на границе раздела между деталями.Ультразвуковые колебания создаются рядом компонентов — источником питания, преобразователем, усилителем и звуковым сигналом — которые передают механическую вибрацию деталям.

Как показано на рис. 1, источник питания принимает стандартное линейное напряжение и преобразует его в рабочую частоту. В следующем примере мы будем использовать обычную частоту ультразвуковой сварки 20 кГц, хотя сварка может выполняться в диапазоне от 15 до 60 кГц для удовлетворения особых потребностей. Во время работы источник питания передает электрическую энергию заданной частоты через ВЧ-кабель к преобразователю.В преобразователе используется пьезокерамика для преобразования электрической энергии в механические колебания на рабочей частоте источника питания. Эта механическая вибрация увеличивается или уменьшается в зависимости от конфигурации усилителя и рупора. Правильная амплитуда механической вибрации определяется прикладным инженером и основывается на термопластических материалах, используемых в деталях.

Свариваемые детали подвергаются механической нагрузке, как правило, с помощью пневматического привода, удерживающего усилитель и звуковой сигнал.Под этой нагрузкой механические колебания передаются на границу раздела между поверхностями материала, которая фокусирует колебания для создания межмолекулярного и поверхностного трения. Это трение вызывает нагревание и последующее плавление, которое затвердевает в сварную связку.

Основными компонентами ультразвуковой системы являются источник питания, привод и блок (см. Рис. 2). Источник питания принимает линейное напряжение от 120 до 240 В и преобразует его в высоковольтный высокочастотный сигнал.Он также содержит программирование, необходимое для управления приводом и пакетом для достижения желаемого результата сварки. Привод с пневматическим или электрическим сервоприводом, доступный как автономный настольный блок или интегрированный в автоматизированную систему, перемещает ультразвуковой инструмент к соединяемым деталям. Он прилагает необходимое усилие к материалам, чтобы создать условия для сварки.

Ультразвуковой комплект завершает систему. Он передает энергию вибрации за счет прямого контакта с деталями на поверхность уплотнения / соединения.Пакет обычно состоит из трех элементов: преобразователя или преобразователя (описанного выше), который содержит пьезоэлектрические керамические кристаллы, которые колеблются с частотой подаваемого сигнала источника питания. Когда эти кристаллы колеблются, они физически расширяются и сжимаются, создавая измеримое механическое движение (называемое размахом амплитуды) на выходной стороне преобразователя.

Вторая секция, усилитель, с прикрепленным кольцом в средней части, выполняет две функции: она действует как точка крепления для пакета в приводе, а также служит для усиления или уменьшения выходного движения, создаваемого в преобразователе.

Третий и последний компонент стопки — это рог (сонотрод), который будет контактировать с соединяемыми частями. Рупор будет спроектирован так, чтобы соответствовать профилю жестких частей, которые должны быть соединены, или может иметь уплотнительный профиль, добавленный к его контактной поверхности при применении пленки / текстиля. Для каждого случая применения рупор спроектирован для объединения с другими компонентами пакета для достижения оптимального уровня выходной амплитуды, что позволяет проводить ультразвуковую сварку с максимальной эффективностью.

ТИПИЧНЫЕ УСТАНОВКИ
Проблемы обычно возникают в одной из четырех областей:

1. Оборудование : оборудование для ультразвуковой сварки или различные сварочные компоненты не подходят для данной области применения.
2. Параметры процесса : Используемые параметры не подходят для соединяемых деталей.
3. Материалы : Изменения вносятся в тип, состав или физико-механические характеристики материалов, используемых в деталях.
4. Конструкция детали : Некоторые детали геометрии детали не подходят для повторяемой или успешной сварки.

Следует также отметить, что иногда проблема, выявленная в одной области, может выявить слабость или недостаток в другой области.

Начнем с оборудования. Легко и обычно логично думать, что оборудование и подходы, обеспечивающие успешную сварку в одном приложении, будут делать это в другом. Но это не всегда верно. В мире наиболее широко используются аппараты для ультразвуковой сварки с частотой 20 кГц; Благодаря своей универсальности эти сварочные аппараты могут обеспечивать выходную мощность большой мощности (до 6000 Вт) и большой амплитуды, а также работать с инструментами самых разных размеров.Для контрактного производителя, производящего детали с ультразвуковой сваркой, оборудование с частотой 20 кГц может быть отличным вложением, поскольку оно открывает перспективы для будущего использования во многих приложениях.

Однако в некоторых случаях — особенно с небольшими и хрупкими деталями — возможности высокой мощности и большой амплитуды оборудования с частотой 20 кГц могут оказаться слишком «агрессивными» для определенных сборок, что может привести к повреждению. Одно из возможных решений — уменьшить входную амплитуду, но это не сработает, если приложенная амплитуда ниже рекомендуемого уровня для свариваемого полимера.

Еще одно средство защиты — это посмотреть на оборудование, которое работает на более высокой частоте, возможно, 30 или 40 кГц, при условии, что инструменты, необходимые для приложения, доступны для использования на этой частоте. Более высокочастотное оборудование производит более низкую амплитуду на выходе, но компенсирует резонанс на более высокой частоте. Таким образом, высокочастотные сварочные аппараты считаются «более щадящими» в применении ультразвуковой энергии к деталям. Электронные сборки, особенно с чувствительными таймерами / генераторами и другими компонентами, расположенными на печатных платах, выиграли от этого подхода.Аналогичным образом, детали, которые страдают от «диафрагмирования» или «масляного консервирования» из-за чрезмерного перемещения одной из сопряженных частей, часто выиграют от перехода на высокочастотное оборудование.

Еще один потенциальный фактор — неисправности оборудования. Это редко происходит без предупреждения. Одним из очевидных примеров является изменение или увеличение шума, производимого во время работы сварочного аппарата. Опытные операторы и обслуживающий персонал часто настроены на такие тонкие гармонические колебания и всегда должны сообщать об этих изменениях руководителю.Принятие во внимание «скрипящего колеса» раньше, чем позже, вполне может позволить выявить и разрешить проблему до того, как производство пострадает.

Аналогичным образом, новое ультразвуковое оборудование позволяет пользователям выполнять интерактивные диагностические проверки функций, которые при правильной интерпретации и использовании в сочетании с другими предупреждающими знаками, такими как шум, могут предупредить пользователя о тревожных тенденциях, прежде чем они станут серьезными проблемами. Источники питания с помощью усовершенствованных протоколов связи могут получать такие данные, как «результаты графика сварного шва» и «сканирование рупора», которые можно сравнить с базовыми данными, полученными, когда оборудование было новым, недавно обслуживалось или работало на должном уровне.

С помощью этой информации опытные пользователи могут сосредоточить свои усилия на устранении неполадок и определить, требуются ли дополнительные действия или дальнейший мониторинг. После выявления проблемной области замена подозрительных компонентов на заведомо исправные — это один из способов точно определить сварочное оборудование, требующее ремонта или корректирующих действий. Примеры полезных диагностических данных:

• Данные графика сварного шва . Это может помочь выявить различия между хорошими и подозрительными частями.Данные, отображаемые на графике сварки, как показано на рис. 3, включают амплитуду, потребляемый ток, мощность, частоту и фазу. Изменения амплитуды, фазы, частоты и тока могут указывать на проблему с источником питания или стеком. Несоответствие в потребляемой мощности может указывать на изменение процесса (например, в давлении сварного шва), изменение геометрии детали (допуски, особенно в зоне соединения, возможно, изменились) или проблему с компонентами пакета (рожок или преобразователь начинают выходить из строя) .

• Диагностический скан звукового сигнала .Это определяет, потребляет ли рупор больше энергии (отображается как увеличение мощности, необходимой для работы в воздухе). Повышенное энергопотребление может указывать на образование трещины в роге. Такие трещины иногда бывают внутренними и поэтому не всегда видны невооруженным глазом.

• Случайные данные . Данные, которые кажутся хаотичными по сравнению с известными хорошими данными, могут указывать на неисправность преобразователя, звукового сигнала или радиочастотного кабеля, как показано на рис. 4.

ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА И МАТЕРИАЛЫ
Тщательный контроль и документирование параметров процесса — еще одна область, которую нельзя упускать из виду.Производители медицинских и автомобильных компонентов знают об этом и соблюдают строгие процедуры, часто требуемые регулирующими органами, такими как FDA, которые приводят к высокой степени успеха при использовании ультразвуковой сварки.

К сожалению, переработчики других продуктов, таких как игрушки или одноразовые изделия, часто работают в соответствии с гораздо менее строгими требованиями и осуществляют гораздо более слабый контроль процесса. В подобных ситуациях операторы могут постоянно корректировать настройки в ответ на изменение деталей или условий производства.Хотя такой подход может привести к удовлетворительному производству, любые возникающие проблемы труднее диагностировать, особенно удаленно, когда параметры процесса часто меняются. Например, было ли последнее изменение параметра вызвано проблемой оборудования или изменением состава или качества детали?

Обычно, когда в таком приложении требуется помощь, инженер по ультразвуковой сварке, задав несколько основных вопросов, касающихся деталей (материал, конструкция соединения, требования к испытаниям и текущая настройка машины), может направить заказчика к правильному решению. .Этот подход особенно полезен, если поиск и устранение неисправностей может выполняться непосредственно на станке с использованием серийных деталей. Обзор процесса поиска и устранения неисправностей / настройки параметров показан на рис. 5.

Проблемы, связанные с материалами, часто являются источником несоответствий или проблем в производстве. Как отмечено в следующих примерах, даже незначительные отклонения в материалах могут иметь существенное влияние на качество сварки или производства:

• Замена полимеров . Поскольку цены колеблются, переработчики часто хотят переключаться между аналогичными полимерами по экономическим причинам.Однако перед внесением каких-либо изменений целесообразно проконсультироваться со специалистом по ультразвуковой сварке.

Одним из примеров распространенного, но потенциально проблемного изменения является переход от легко свариваемого аморфного материала, такого как АБС, к гораздо более сложному для сварки полукристаллическому полимеру, например полипропилену. Для успешной сварки ABS требуется меньшая мощность ультразвукового пакета (30–70 микрон при 20 кГц), чем для полипропилена (90–120 микрон). Если это изменение приводит к тому, что детали не обладают той прочностью, которая была раньше, или сварка занимает больше времени, или если сварные швы вызывают повреждение чувствительных поверхностей / компонентов сборки, проблема может заключаться в отсутствии выхода ультразвукового пакета. Требуется проверка компонентов пакета, в частности рупора и усилителя, чтобы определить, позволят ли усовершенствования любого компонента
приложению эффективно сваривать новый полимер и вернуть приложение к «нормальному» диапазону успеха.

• Высокое содержание доизмельчения . Повторно измельченные термопласты, хотя и могут плавиться и подвергаться многократному преобразованию, претерпевают некоторое ухудшение своих физических свойств с каждым последующим плавлением. Совокупный эффект слишком большого количества переточенного материала может привести к отказу деталей в соответствии со спецификациями.По этой причине Брэнсон рекомендует использовать не более 10% переточки в деталях, подлежащих ультразвуковой сварке. В конкретных приложениях, требующих соблюдения строгих критериев испытаний и приемки, производители должны тщательно рассмотреть возможность периодического анализа производственных материалов, чтобы постоянно проверять качество материалов, используемых для изготовления готовых деталей.

• Состав наполнителя . Часто наполнители необходимы для обеспечения прочности и долговечности деталей. Однако различные типы и процентное содержание наполнителей в деталях могут повлиять на успех процессов соединения пластмасс.Брэнсон рекомендует, чтобы содержание наполнителя не превышало 30%. Соединение деталей, содержащих более высокий процент наполнителя, особенно длинных волокон, иногда приводит к накоплению наполнителей в сварном шве, что может снизить прочность сварного шва.

Еще одна проблема — абразивные наполнители. Некоторые наполнители, которые придают дополнительную прочность или ударную вязкость, включая карбонат кальция, диоксид кремния и тальк, также могут быть абразивными для контактных поверхностей инструмента. Длительное воздействие абразивных деталей на поверхности инструмента может вызвать износ, который может привести к косметическим повреждениям деталей и недостаточной передаче энергии на соединяемые детали.

Рекомендуется переход на титановые рожки с износостойкими поверхностями (например, карбид или нитрид титана). Для крепления рекомендуется сталь или закаленная нержавеющая сталь.

НАСТРОЙКА ДЕТАЛЕЙ И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Правильное выполнение всего остального — оборудования, материалов и процесса — не будет иметь большого значения, если детали, которые вы пытаетесь сварить, не будут правильно спроектированы. Но вместо того, чтобы пытаться здесь рассматривать все детали хорошей конструкции детали, давайте сосредоточимся на некоторых основных причинах неправильной конструкции детали:

• Отсутствие четко определенных целей проекта или приложения .Многие прикладные проекты испытывают трудности, когда есть «движущаяся цель» для тестирования и принятия. Например, потребуется ли приложению испытание на падение? Испытание под давлением? И если да, то при каких значениях? Эти значения необходимы для эффективного проектирования герметичного соединения. Как правило, критерии приемки требуют заблаговременного рассмотрения и принятия решения, чтобы проект продолжался гладко.

• Непонимание лучших типов соединений для конкретных приложений .Неоптимальные конструкции соединений часто возникают, когда главный проектировщик, который может иметь лишь ограниченное представление о процессах соединения пластмасс, продвигает проект вперед только для того, чтобы обнаружить, что было принято неправильное решение и что характеристики соединения и сварного шва детали не были должным образом считается.

Часто такие выводы делаются только после значительных инвестиций (завершение изготовления пресс-формы, изготовление деталей и первоначальные испытания сварных швов). Еще раз, ключевые аспекты, связанные с деталями и сварными швами (контроль за оплавлением сварного шва и тип уплотнения — герметичный, структурный или и то, и другое) должны быть определены на ранней стадии проекта.Сотрудничество с инженером по ультразвуковой сварке на начальных этапах проекта может помочь определить ключевые критерии детали, лучше обучить проектировщиков и помочь минимизировать или, по крайней мере, выявить возможные риски.

• Износ пресс-формы, обычно вызываемый использованием абразивных полимеров или наполнителей, может со временем привести к деталям, которые существенно отличаются по размерам от ранее утвержденных деталей. В результате основные элементы соединения, такие как направляющие энергии или соединения с натягом на сдвиг, больше не соответствуют спецификациям.Профили деталей могут больше не входить в набор инструментов. Результаты сварки могут становиться все более и более противоречивыми. К средствам устранения этой проблемы относятся переделка существующей формы или изготовление новой формы.

В конечном счете, проблемы с деталями, сваренными ультразвуком, могут возникать из многих источников. Вызов местного представителя оборудования для ультразвуковой сварки при появлении подозрения на проблему может дать рекомендации по диагностике и устранению неполадок, которые часто можно получить с помощью телефонных звонков или электронной почты, которые могут помочь вам выявить, минимизировать или решить потенциальные производственные проблемы.Чтобы уменьшить потребность в устранении неполадок, следуйте этим рекомендациям:

• Сотрудничайте на ранних этапах разработки проекта (или переделывайте проект, если предполагаются значительные материальные, формы или функциональные изменения) со специалистами по разработке приложений поставщика оборудования для ультразвуковой сварки.

• Всегда имейте запас запасных компонентов производственного качества, особенно для критически важных приложений, где перебои в производстве могут вызвать серьезные операционные или финансовые проблемы.Производственные запасные части являются жизненно важным помощником в устранении проблем с соединением и, в случае нехватки поставок, могут поддерживать производство в рабочем состоянии с минимальным временем простоя.

• Воспользуйтесь возможностями обучения, которые позволят вам освоить технологию соединения пластмасс, которую вы используете. Брэнсон, например, предлагает семинары в различных офисах компании и на объектах клиентов, обеспечивая практическое обучение и техническую помощь, необходимую для того, чтобы ваш «чемпион» в ультразвуковом процессе был хорошо осведомлен о новейших технологиях и был готов обучать и поддерживать технологии по мере необходимости средство.Инженеры-конструкторы, инженеры по качеству, персонал по техническому обслуживанию оборудования и производственный / производственный персонал могут извлечь выгоду из времени, потраченного на учебные занятия.

ОБ АВТОРЕ : Дэвид Дальстранд — старший сын Эмерсона. региональный технический координатор / инженер по развитию текстиля для Branson Ultrasonics Corp., Данбери, штат Коннектикут. Он обладает знаниями в области приложений и разработкой инструментов для ультразвуковых, вибрационных, орбитальных, термических и лазерных технологий соединения, используемых при сборке жестких термопластов, синтетических тканей и фильмы.Обращаться: (770) 962-2111, доб.17; [email protected]; emerson.com.

Ультразвуковая сварка пластмассовых деталей: особенности конструкции

Отсутствие крепежных элементов, отсутствие клея, меньшее количество компонентов и упрощенная сборка — в этом прелесть ультразвуковой сварки. Проверенный метод соединения пластиковых деталей, быстрый, экономичный и надежный. Однако, как и в любом производственном процессе, извлекать из него максимальную пользу — значит правильно проектировать.

Ниже мы дадим несколько советов по ультразвуковой сварке пластмассовых деталей. Учтите, что это ваши рекомендации по проектированию пластиковых деталей для ультразвуковой сварки.

Основы ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка использует трение для нагрева пластика до температуры, достаточной для соединения друг с другом. Это тепло трения передается за счет высокоскоростной вибрации, генерируемой сонотродом и доставляемой сварочным «рогом».

Аппараты для ультразвуковой сварки похожи на аппаратов точечной сварки или контактной сварки.Рупор толкает соединяемые части, оказывая давление и энергию, пока они не сольются вместе. С современными промышленными средствами управления это быстрый и повторяемый процесс.

Когда и зачем использовать ультразвуковую сварку

Рассматривайте ультразвуковую сварку, если конструкция требует соединения отдельных пластиковых деталей. Одна из распространенных причин заключается в том, что невозможно отформовать детали как единую деталь. Другой — то, что части должны быть собраны вокруг другой части или частей.(Подумайте о корпусах двигателей или корпусах.)

Ультразвуковая сварка может упростить конструкцию деталей. Нет необходимости в больших плоских участках или отверстиях, и можно создавать герметичные корпуса. За счет отказа от крепежа сокращается количество и вес штук, что экономит время, деньги и производственные площади. Кроме того, он чище, чем клей, без каких-либо проблем со смешиванием, хранением и дозированием.

Конструкция детали для ультразвуковой сварки

Для использования ультразвуковой сварки при сборке пластмассовые детали должны иметь соответствующую конструкцию.Это означает рассмотрение как материалов, так и конструкции стыка.

Загрузить руководство по ультразвуковой сварке

Ознакомьтесь с распространенными материалами и их эффективностью в различных областях ультразвуковой сварки с помощью этого бесплатного руководства.

Соображения по поводу материалов

Ультразвуковая сварка лучше всего подходит для пластмасс, которые постепенно размягчаются в определенном температурном диапазоне. Обычно это термопластические материалы с аморфной структурой.Их поведение при плавлении характеризуется «температурой стеклования» или Tg.

Среди пластмасс, которые легче всего сваривать ультразвуком, — полифениленоксид (PPO) и акрилонитрилбутадиенстирол (ABS). Напротив, полукристаллическая структура затрудняет использование поливинилхлорида (ПВХ), ацетата целлюлозы (CA / B / P) и полиолефинов.

Разнородные пластмассы

Самая простая ситуация, когда соединяемые детали отливаются из одного материала.На другом конце спектра — сборки, составные части которых отливаются из пластмасс с разными свойствами. (Обратите внимание, что полукристаллические пластмассы, как правило, можно сваривать только сами с собой.)

Измерение свариваемости разнородных термопластов требует учета Tg, химической совместимости и индекса текучести расплава (MFI).

Как правило, Tg двух разнородных пластиков должна быть в пределах 40 ° F, чтобы они могли успешно сплавиться.

Химическая совместимость — сложный вопрос, который сводится к пропорциям радикалов в полимерах.Совместимость существует, когда эти значения одинаковы в двух материалах.

Индекс текучести расплава — это показатель того, насколько легко пластик течет при переходе в жидкое состояние. Для любого материала индекс MFI можно найти в документации производителей, и он дается одним числом. Для достижения наилучших результатов соединяемые пластмассы должны иметь аналогичные MFI.

Совместное проектирование

При ультразвуковой сварке важно сосредоточить энергию на как можно меньшем участке.Это означает включение «энергетического директора» в вашу пластиковую конструкцию для ультразвуковой сварки.

Энергетический директор — это приподнятая область с треугольным поперечным сечением. Треугольный наконечник прижимается к сопрягаемой пластиковой части и прикладывается ультразвуковая энергия. Когда трение происходит на очень небольшой площади, местная температура быстро повышается. По мере его прохождения начинается плавление Tg, и пластмассовые компоненты соединяются вместе.

Конструкция с направляющим элементом энергии используется почти во всех конструкциях пластмассовых деталей для ультразвуковой сварки, за исключением случаев, когда материалы являются полукристаллическими.Поскольку они имеют узкий диапазон температур стеклования, они имеют тенденцию быстро переходить в жидкое состояние, а не в «липкое» состояние, типичное для аморфных пластиков. Чтобы решить эту проблему, такие детали конструируются с соединениями, работающими на сдвиг. Соединения, работающие на сдвиг, образуются, когда боковые стенки противоположных частей сдвигаются вместе.

Общие типы проектов по энергетике

Основными типами конструкций энергомеханизма являются:

1. Стыковое соединение

Здесь одна поверхность плоская, а другая имеет форму треугольника.Сохранение вершины треугольника как можно более острым увеличивает передачу энергии.

2. Ступенчатый шарнир

Сопрягаемые поверхности имеют ступенчатую конструкцию, которая сводит к минимуму боковое смещение, в то время как вершина треугольника прижимается к плоской поверхности. (Это упрощает размещение детали для сборки.)

3. Язычок и паз

Направитель энергии находится на выступе, который входит в паз сопрягаемой детали. Это обеспечивает хорошее совмещение двух частей и сводит к минимуму вспышку.

4. Крест-накрест

Обе поверхности имеют направляющие энергии, но выровнены перпендикулярно друг другу. Это дает более прочные сварные швы, но также может привести к появлению большого количества заусенцев. Для обеспечения герметичного уплотнения настройте направляющие пересечения энергии как пилообразные.

5. Текстурированная поверхность

Текстурирование неэнергетической направляющей поверхности — эффективный способ повышения прочности сварного шва.

6. Перпендикуляр

В этой конструкции направляющие энергии расположены перпендикулярно, а не параллельно стыковочным поверхностям.Это уменьшает вспышку.

7. Прерванный

Здесь руководители энергетики кратковременны. Это снижает энергию, необходимую для сварки.

8. Долото

Вариант ступенчатого соединения: размещение направляющей энергии вдоль сопряженной стенки позволяет сваривать более тонкие секции.

Рассмотрение шарнирных соединений

Соединения, работающие на сдвиг, требуют наличия боковых стенок с натягом, а их прочность пропорциональна вертикальному направлению перекрытия. Они лучше подходят для правильных / симметричных деталей, чем для деталей неправильной формы.

Дизайн для процесса

Для многих пластиковых сборок ультразвуковая сварка является лучшим методом соединения, чем крепежные детали или клеи.Он обеспечивает прочное соединение, избегая при этом беспорядка или дополнительных компонентов. Ключом к успешной ультразвуковой сварке является правильный выбор материала и конструкция детали. Используйте эти рекомендации по проектированию пластиковых деталей в качестве отправной точки, но не стесняйтесь обращаться к специалистам за более подробными советами.

Нажмите ниже, чтобы просмотреть нашу демонстрацию ультразвуковой сварки!

Загрузить руководство по ультразвуковой сварке

Ультразвуковая сварка пластмасс | Звуковая сварка пластиковых деталей

Ультразвуковая сварка, также известная как звуковая сварка, представляет собой процесс, в котором высокочастотные (ультразвуковые) звуковые волны применяются к двум или более деталям, которые удерживаются вместе под давлением, чтобы объединить их в одну деталь. Ультразвуковая сварка, обычно используемая для соединения пластмассовых деталей, особенно изготовленных из различных типов пластика, обеспечивает прочное соединение отдельных деталей без использования клея или механических креплений.

Stack Plastics — лидер отрасли в предоставлении услуг ультразвуковой сварки. Наше современное оборудование предназначено для предоставления самых лучших в стране услуг звуковой сварки в очень короткие сроки. Наша команда будет работать напрямую с вами, чтобы предоставить вам результаты, которых вы хотите достичь.

Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о наших возможностях и вариантах ультразвуковой сварки или позвоните нам по телефону 650-361-8600, и мы будем рады помочь вам с вашими прямыми вопросами по ультразвуковой сварке.

Как работает звуковая сварка?

Каждая операция ультразвукового склеивания зависит от соединяемых пластиковых материалов, формы деталей и других факторов. Однако общий процесс в целом такой же. Свариваемые акустическим способом детали соединяются и зажаты между металлическим «гнездом», которое удерживает их на месте, и металлическим сонотродом, или рупором.

Рупор соединен с преобразователем, который создает чрезвычайно высокоскоростные колебания; рог передает это колебательное движение на заготовки, к которым он прижимается.Вибрации заставляют пластик слегка плавиться, а давление, прикладываемое гнездом, сплавляет их вместе, создавая соединение. Обычно область сопряжения двух частей специально разработана для облегчения процессов плавления и соединения.

После того, как детали соединены должным образом, вибрации прекращаются, и пластик очень быстро охлаждается, создавая невероятно прочную связь.

Процессы звуковой сварки

Существует два основных метода ультразвуковой сварки: одинарным ударом или врезанием, сварка и непрерывная сварка с вращающимся барабаном.Ультразвуковое соединение одним ударом чаще всего используется для точечной сварки, крепления стяжек, лент или аналогичных компонентов, а также для создания более мелких и локализованных стыков. Непрерывная звуковая сварка обычно используется для более длинных сварных швов и / или тех, которые требуют уникальной геометрии.

Звуковая сварка чаще всего используется для соединения небольших пластиковых деталей, например, в портативной электронике или медицинских устройствах, но также может использоваться для соединения более крупных деталей в автомобилях, аэрокосмическом оборудовании и других передовых приложениях.Процесс ультразвукового склеивания можно изменить, чтобы обеспечить наилучшие результаты для конкретного применения.

Преимущества ультразвуковой сварки

Ультразвуковое соединение, использующее энергию высокочастотных акустических колебаний с малой амплитудой, идеально подходит для соединения формованных пластмассовых деталей. Этот процесс вызывает трение из-за акустической энергии, которая создает тепло и соединяет две части вместе на молекулярном уровне. Некоторые из преимуществ, обычно связанных с ультразвуковой склейкой, включают:

Обеспечивает высококачественное соединение с плотным уплотнением
Экономит время
Снижает производственные затраты

Contact Stack Plastics Today для Sonic Welding & More

Ультразвуковое соединение повышает качество и ценность ваших пластиковых деталей, полученных литьем под давлением. Запросите расценки на ультразвуковую сварку пластиковых деталей или свяжитесь со Stack Plastics, чтобы узнать больше о наших возможностях ультразвуковой сварки.

Оптимизация результатов ультразвуковой сварки »Декорирование пластмасс

Джеффри Франца,

Branson Ultrasonics Corp.

Ультразвуковая сварка — это технология, которая десятилетиями использовалась для сборки пластиковых компонентов. У этой технологии много преимуществ. Он позволяет собирать пластиковые детали без расходных материалов. Это не только снижает стоимость расходных материалов (таких как винты или заклепки), но и в случае клеев и растворителей сокращает время подготовки или отверждения, что значительно увеличивает производительность. Это чрезвычайно быстрая технология, поскольку большинство сварных швов выполняется менее чем за секунду.Его легко интегрировать в полуавтоматические или полностью автоматизированные системы, и это также очень экономичный процесс. Обладая всеми этими преимуществами, легко понять, почему ультразвуковая сварка часто является первым выбором для соединения пластмасс.

Начнем с краткого описания процесса. Ультразвуковые колебания создаются рядом компонентов — источником питания, преобразователем, усилителем, звуковым сигналом и приводом — для передачи механической вибрации и силы к деталям. Это приводит к нагреву на стыке соединяемых деталей, плавлению пластика и созданию прочной связи.

На рисунке 1 показано, как источник питания, преобразователь, усилитель и звуковой сигнал работают вместе, создавая механическую вибрацию.

На рисунке 1 показано, как источник питания, преобразователь, усилитель и звуковой сигнал работают вместе, создавая механическую вибрацию. Источник питания принимает стандартное линейное напряжение и преобразует его в рабочую частоту (на этом рисунке 20 кГц). Частоты источника питания установлены, но доступны в диапазоне от 15 до 70 кГц. Наиболее распространенные частоты — 20, 30 и 40 кГц. Эта электрическая энергия передается через ВЧ-кабель к преобразователю.В преобразователе используется пьезокерамика для преобразования электрической энергии в механические колебания на рабочей частоте источника питания. Эта механическая вибрация либо увеличивается, либо уменьшается в зависимости от конфигурации усилителя и рупора. Правильная механическая вибрация, известная как амплитуда, обычно определяется прикладным инженером и зависит от свариваемых материалов.

На свариваемые детали передаются механические колебания. Детали также подвергаются механической нагрузке, в первую очередь через пневматический привод.Под этой нагрузкой механические колебания передаются на поверхность раздела между частями. В большинстве случаев в этот интерфейс встроен шарик треугольной формы, известный как направляющий элемент энергии. Это создает точку фокусировки вибрации, что приводит к межмолекулярному и поверхностному трению. Это трение вызывает нагревание и последующее плавление.

Рисунок 2 — Основные параметры ультразвукового сварного шва можно определить с помощью приведенного здесь основного уравнения.

Основные параметры ультразвуковой сварки можно определить с помощью основного уравнения, показанного на рисунке 2.

Амплитуда является доминирующим параметром и оказывает значительно большее влияние на сварной шов, чем другие параметры. Амплитуда — это амплитуда движения рупора от пика к пику. Это движение в сочетании с силой, создаваемой давлением и понижением скорости, создает условия, при которых амплитуда создает волны энергии, которые движутся через деталь, с которой соприкасается рупор. Эти механические энергетические волны создают напряжение на стыке стыков в виде межмолекулярного и поверхностного трения. Это создает тепло, которое распространяется от точки соприкосновения деталей ко всей области стыка.Как только ультразвуковая энергия прекращается, соединение охлаждается и затвердевает, образуя сварной шов. Все это в большинстве случаев занимает менее 500 миллисекунд.

Процесс сварки можно разбить на несколько основных частей. Важно различать их и следить за тем, чтобы они контролировались индивидуально. Во-первых, подход к детали. Это расстояние между исходным положением и деталью. Далее идет точка соприкосновения с деталью. Это называется триггером. Далее следует продолжительность сварки, затем следует задержка.

Начнем с подхода к детали. Это расстояние чаще всего определяется наличием достаточного пространства для загрузки и выгрузки детали при ручных операциях и минимальных расстояний при автоматизации. Обычно это регулируется настройкой пониженной скорости, которая регулируется с помощью расходомера на выходной стороне воздушного цилиндра. Важно отметить, что этот параметр не только контролирует скорость движения рожка к детали, но и наращивание силы во время сварки.

На рисунке 3 показан типичный график мощности, иллюстрирующий эти два режима сварки.

Есть много способов контролировать ультразвуковую сварку. Чаще всего это делается с помощью контроллера, который поставляется со сварочным аппаратом. В своей основной форме сварка контролируется временем. Время обычно задается в миллисекундах. Следующий уровень контроля — энергия. Это делается с помощью ваттметра, который рассчитывает количество ватт в секунду, известное как джоули. На рисунке 3 показан типичный график мощности, иллюстрирующий эти два режима сварки. Как видно из энергетического режима, время сварки будет незначительно отличаться из-за незначительных изменений допусков между деталями.Энергетический режим используется в некоторых приложениях, где свариваются комбинации с несколькими полостями.

Исходная настройка энергии была основана на профиле центральной мощности. Площадь под кривой — это энергия сварки. На окружающих графиках показаны кривые мощности, которые немного отличаются от потребляемой мощности. Время сварки колеблется в соответствии с энергией сварки, установленной в контроллере.

В более сложных устройствах линейный энкодер прикреплен к приводу. В большинстве случаев он имеет разрешение 0.0001 ″, что позволяет использовать и контролировать множество различных функций. При приближении к детали можно точно установить точку (на расстоянии), в которой предварительный спусковой механизм инициирует ультразвуковое воздействие. Предварительный спусковой механизм часто используется при срезании соединения, установке колышков и вставке для включения ультразвука до того, как рог соприкоснется с деталью. Это предотвращает прижатие деталей друг к другу. В приводе без возможности дистанции предварительный спусковой механизм будет включен, как только звуковой сигнал выйдет из своего исходного положения, что может вызвать чрезмерный шум, отказы звукового сигнала и непостоянные результаты сварки.

Линейный энкодер также используется для обеспечения двух дополнительных режимов управления сваркой: свертывания и абсолютного. Срушение — это контролируемое измерение между точкой контакта и деталью. Например, если деталь имеет конструкцию соединения направляющей энергии высотой 0,015 дюйма, Collapse может быть установлен на эту точную величину. Сварщик сбрасывал показания линейного энкодера, как только звуковой сигнал соприкасается с деталью, затем перемещает 0,015 дюйма, установленный в режиме Collapse, а затем выключает ультразвуковой датчик. Абсолютный — это режим управления, который устанавливает расстояние, на которое будет перемещаться привод.Он используется, когда требование к детали заключается в сохранении габаритной высоты.

Также имеется функция пиковой мощности, которая отключает ультразвуковой сигнал при достижении точки пиковой мощности. Этот режим используется нечасто, но может быть полезным при врезной сварке текстильных изделий. Из-за открытости материалов они быстро переходят в плавление. Это приводит к быстрому скачку энергопотребления. Режим пиковой мощности предотвращает так называемый «удар», когда сварочная вспышка плавится через окружающую область.

В последовательности сварки часто упускают из виду точку срабатывания. Это момент в процессе, когда исполнительный механизм вступил в контакт с деталью, цикл запускается и выполняется вышеупомянутая обработка. В большинстве сварочных систем используется механический спусковой механизм. Этого достаточно, но для более точного контроля датчик силы, измеряющий силу, обеспечивает более высокий уровень контроля.

На рис. 4 показаны усилитель 1: 1 и усилитель усиления 1: 2. Конструкция рожка определяется рожком, с которым он контактирует.Он должен быть спроектирован так, чтобы контактировать по свариваемой области. В зависимости от размера, частоты и материальных ограничений, усиление может быть включено или не включено. Когда эти три компонента присоединены, они создают так называемую амплитуду суммирования.

Теперь посмотрим на установку сварочного аппарата. Как упоминалось ранее, наиболее важным параметром для успешной сварки является амплитуда. Амплитуда создается коэффициентами усиления пакета, который включает преобразователь, усилитель и рупор. Преобразователь имеет фиксированное соотношение, определяемое производителем.В этом примере мы будем работать с частотой 20 кГц, что соответствует выходной мощности 20 микрон. Усиление бустера и рупора определяется индивидуально соотношением масс на входе и выходе. На рис. 4 показаны усилитель 1: 1 и усилитель усиления 1: 2. Конструкция рожка определяется рожком, с которым он контактирует. Он должен быть спроектирован так, чтобы контактировать по свариваемой области. В зависимости от размера, частоты и материальных ограничений, усиление может быть включено или не включено. Когда эти три компонента присоединены, они создают так называемую амплитуду суммирования.

Крайне важно, чтобы амплитуда пакета соответствовала свариваемому материалу. У каждого материала есть диапазон амплитуды для достижения идеальных результатов сварки. Например, поликарбонат имеет диапазон амплитуды 60-100 мкм. Он будет сваривать с амплитудами за пределами этого диапазона, но для получения оптимальных результатов он должен быть в пределах этого диапазона. Поставщик рупора должен предоставить информацию об усилении рупора, чтобы пользователь мог рассчитать, какой усилитель лучше всего подходит для материала.

После того, как компоненты пакета были выбраны, должным образом затянуты и установлены в привод, следующей настройкой будет давление сварки.В большинстве случаев достаточно настройки от 30 до 50 фунтов на квадратный дюйм. Естественно, более низкое давление следует использовать для меньших деталей с более тонкими стенками, а высокое давление — для более крупных деталей с более толстыми стенками. Следующая настройка — уменьшение скорости или скорости. Это определяет скорость опускания выступа к детали, но в конечном итоге определяет скорость наращивания силы во время сварки. В большинстве сварочных установок используется настройка от 1,5 до 2,5 дюймов / сек.

Следующий параметр, который необходимо установить, — это режим и продолжительность сварки.С чего начать, когда доступны все режимы сварки? Многие из нас используют свой прошлый опыт, чтобы выбрать режим сварки, который работал ранее. Это может быть успешным, а может и нет. В идеале всегда следует запускать во временном режиме. У других режимов есть свои преимущества, но они также могут маскировать некоторые потенциальные проблемы или ограничивать естественное поведение процесса. Лучше всего использовать временной режим и позволить деталям подсказать вам, что для них лучше. Позволь мне объяснить.

Вам нужно будет провести несколько испытаний и по своему усмотрению уточнить настройки сварного шва, пока вы не получите приемлемую деталь.После того, как вы достигли приемлемой детали, которая соответствует всем вашим критериям тестирования, вам следует настроить DOE (план экспериментов) для определения оптимальных настроек для амплитуды, давления и снижения скорости. Это приведет к вашим идеальным настройкам. Оттуда вы можете начать работу по выбору оптимального режима сварки. Для этого вам потребуется сварить группу деталей (количество необходимо определить, но обычно не менее 50) и инструменты для сбора данных о сварке. Чем больше комбинаций полостей будет включено в этот анализ, тем точнее будут результаты.Крайне важно, чтобы вы сварили и пометили детали, чтобы они соответствовали данным сварного шва. Как минимум, данные сварного шва должны включать энергию, пиковую мощность, коллапс и абсолютные значения.

Следующим шагом является осмотр и проверка деталей. Посмотрите на них визуально, а затем проведите с ними через любые применимые тесты. Скорее всего, некоторые из этих деталей выходят за пределы допустимых диапазонов. Сравните эти детали с данными сварки. Несомненно, в данных будут некоторые различия. Это может быть энергия, коллапс или абсолют, но будут вариации.Сравните данные между хорошими и плохими частями, и пусть данные указывают режим с наибольшей согласованностью. Измените режим сварки и снова запустите эксперимент. Результаты улучшатся.

После оптимизации режима сварки можно переходить к следующему этапу — контролю амплитуды. Вы уже определили амплитуду пакета с помощью преобразователя, усилителя и рупора, но амплитуду также можно изменить электронным способом во время сварки. Это известно как профилирование амплитуды. Принцип, лежащий в основе этой техники, заключается в использовании высокого уровня амплитуды на ранних стадиях сварки, чтобы привести материал в его расплавленное или размягченное состояние.После нагрева он больше не требует такого высокого уровня амплитуды. Чтобы улучшить контроль плавления, уменьшите настройку амплитуды в какой-то момент в середине цикла. Во многих случаях снижение со 100 процентов до 70-50 процентов обеспечивает другой уровень прочности сварного шва. Рекомендуется другой DOE в настройках профиля амплитуды.

Кажется, что этот процесс довольно обширен и может занять много времени, но на самом деле это время потрачено не зря на ранних этапах разработки продукта и процесса.Время, проведенное здесь, принесет огромные дивиденды, когда начнется полномасштабное производство. Производительность будет выше, а время, затрачиваемое на настройку процесса на полу, будет сведено к минимуму.

Джефф Франц — директор по маркетингу и разработке продукции, он работает в Branson Ultrasonics в течение 35 лет. Франц — нынешний президент отдела сварки пластмасс и композитов Американского сварочного общества. В настоящее время он входит в совет директоров Общества инженеров по пластмассе отдела декорирования и сборки.Он является членом SPE с 1993 года и в настоящее время является старшим членом. Для получения дополнительной информации посетите www.bransonultrasonics.com.

Соединение пластмасс — знаете ли вы свои варианты?

Разработчики и производители продуктов сталкиваются с постоянными проблемами при разработке и рентабельном производстве высококачественного медицинского оборудования и устройств для всего: от мониторинга до доставки лекарств, ежедневного ухода, ухода за ранами, хирургического и терапевтического использования.

Часто моя работа поддерживает их производственные операции, помогая им выводить на рынок новые образцы продукции. Он часто начинается с оценки концепций и идей — часто в форме прототипа — чтобы помочь производителям выбрать и реализовать процесс сборки / соединения, который соответствует характеристикам, качеству, чистоте и стоимости продукта.

Хотя некоторые технологии соединения более популярны и широко используются, чем другие, мой подход всегда является «нейтральным с точки зрения процесса». Это означает, что необходимо непредвзято рассматривать всю задачу сборки продукта и учитывать возможности и ограничения всех доступных процессов соединения.

Одной из самых популярных форм соединения пластмасс является сварка пластмасс, семейство методов соединения, которые сочетают тепло (или тепло, генерируемое трением) и давление для создания прочных соединений. Методы сварки пластмасс идеальны для сборки, когда используемые пластиковые материалы совместимы и процесс ( см. Диаграмму в конце этой статьи ) и приложение требует постоянного соединения или уплотнения между компонентами. В отличие от механических и клеевых методов соединения, при сварке пластмасс не используются расходные материалы, такие как крепежные детали или клей.Как правило, единственные затраты на сварку пластмасс включают в себя первоначальные капитальные вложения для покупки сварочного аппарата и создания инструмента для конкретных деталей, а также дополнительные затраты на электроэнергию для его работы.

Технологии сварки пластмасс эволюционировали, чтобы удовлетворить ряд требований по сборке. В примерном порядке их популярности в области медицинского оборудования эти технологии включают:

Ультразвуковая сварка.
Лазерная сварка.
Сварка вращением.
Вибрация и «чистая» вибросварка
Термическая обработка
Чистая инфракрасная технология

Давайте кратко рассмотрим каждую из них.

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка — очень надежный и экономичный метод сборки. Посредством последовательности компонентов — источника питания, преобразователя, усилителя, рупора и исполнительного механизма — он обеспечивает высокочастотную механическую вибрацию с относительно низкой амплитудой с направленной вниз силой. Это движение создает тепло трения на границе раздела деталей, которое плавит пластик, в то время как прижимная сила сжимает соединение, создавая прочное соединение. Ультразвуковая сварка описывает ряд продуктов, которые работают на частотах от 15 до 40 кГц, из которых 20 кГц является наиболее распространенной.Продолжительность вибрации, известная как амплитуда, обычно определяется прикладным инженером в зависимости от свариваемых материалов.

Когда это возможно, ультразвуковая сварка предлагает преимущества скорости (большинство сварочных циклов завершается менее чем за секунду), возможность обрабатывать небольшие или хрупкие детали, отсутствие расходных материалов, отсутствие времени на установку деталей, низкое капитальное оборудование. затраты и простота интеграции в автоматизированные производственные процессы. Пределы процесса сосредоточены в первую очередь на относительно узком диапазоне материалов, которые не могут быть соединены, меньшем размере деталей и контурах / геометрии деталей.В медицинской промышленности ультразвуковая сварка часто используется для изготовления шприцев, катетеров и корпусов (например, глюкометров, мочи для катетеров).

Для материалов, которые «легко» сваривать ультразвуком, таких как АБС, детали диаметром более 6 дюймов можно соединять с помощью устройства для ультразвуковой сварки с частотой 15 кГц. (Примечание: большие части = более низкая частота). Когда детали изготовлены из материалов, которые сложнее сваривать ультразвуком, таких как нейлон, размер свариваемой детали уменьшается примерно до 3.5 дюймов квадрат (или диаметр). Детали с глубокими контурами также могут оказаться трудными для сварки, поскольку эти особенности могут повлиять на диапазон и производительность ультразвукового процесса. ( См. Сводку преимуществ и ограничений в приведенной ниже таблице. )

Лазерная сварка

Из-за более высокой начальной стоимости оборудования лазерная сварка обычно не является первым решением, которое выбирают производители. Но те, кому это нужно, быстро узнают, что эта технология для чистых помещений удивительно универсальна и хорошо подходит для медицинских приложений.Он соединяет детали, изготовленные из огромного количества материалов самых разных форм и размеров, при этом не образуя твердых частиц и вспышек.

При лазерной сварке используется тепло, выделяемое источником лазерного света в диапазоне 780–980 нм. Этот свет концентрируется через пучки волоконно-оптических кабелей, подключенных к сварочной оснастке, а затем распределяется по площади сварного шва деталей в соответствии с требуемой плотностью нагрева. Поскольку он не требует вибрации или относительного движения между частями, он соединяет мелкие детали и хрупкие компоненты без риска повреждения, обеспечивая при этом чрезвычайно точное выравнивание и межчастичное уплотнение.Таким образом, он идеально подходит для сборки устройств для диагностики in vitro (IVD) и микрожидкостных устройств, но также может использоваться для более крупных и менее деликатных приложений.

По сравнению с ультразвуковой сваркой, лазерная сварка соединяет гораздо более широкий спектр материалов. Есть только два требования к конструкции детали: во-первых, каждая сборка должна иметь одну деталь, материал которой является «пропускающим» или «прозрачным» для используемой длины волны лазера, а материал сопрягаемой части — «абсорбирующим» или «черным» для этой длины волны. Во-вторых, геометрия детали и наложение должны обеспечивать прохождение лазерной энергии через передающую часть в зону сварного шва, где расплав происходит в верхней части абсорбирующей части.( См. Рисунок 1 ниже. )

Удовлетворение этих требований к конструкции несложно. Существует много «прозрачных» пластиковых материалов, в том числе окрашенных материалов, которые легко пропускают лазерный свет, даже если кажутся непрозрачными. То же самое и с впитывающими частями. Помимо технического углерода, существует целый ряд цветных пигментов, поглощающих лазерный свет. Чтобы убедиться в правильности сочетания цветов деталей и пигментов, проконсультируйтесь с поставщиком сварочного оборудования. ( См. Таблицу под рисунком, в которой перечислены преимущества и ограничения.)

Вверху: Рис. 1: Лазерный источник тепла, подключенный к сварочной оснастке, направляется через слой пропускающей части в слой поглощающей части, где происходит плавление. Сила, направленная вниз от инструмента, завершает лазерную сварку.

Центробежная сварка

Процесс центробежной сварки, как и ультразвуковая сварка, представляет собой метод соединения на основе трения. Спиновые сварные швы достигаются путем вращения одной половины детали относительно второй, неподвижной половины под зажимной нагрузкой.Вращение создает тепло, необходимое для плавления материалов. Как только вращение прекращается, привод на короткое время продолжает давление вниз, чтобы закрепить соединение, а затем отпускает деталь. Естественно, стык между двумя свариваемыми деталями должен быть круглым.

Этот процесс объединяет многие термопласты, включая детали, сформированные в различных процессах формования (например, литье под давлением, экструдирование или выдувное формование), при условии, что температуры плавления и показатели текучести сопрягаемых материалов схожи.При вращательной сварке также применяются сварные швы «в дальнем поле» — сварные швы, сопрягаемые поверхности которых расположены относительно далеко (> дюйма) от поверхности контакта рупора, что является преимуществом по сравнению с ультразвуковой сваркой.

Спиновая сварка обычно используется для относительно небольших круглых деталей, таких как колпачки шприцев, колпачки для цилиндрических фильтров и хирургические троакары, хотя части большого диаметра также могут быть соединены. ( См. Сводку преимуществ и ограничений в таблице ниже. )

Вибрация (и «Технология чистой вибрации») Сварка

Вибрационная сварка является близким родственником ультразвуковой сварки, хотя в ней используется возвратно-поступательное линейное движение. , а не вертикальное движение, плюс давление вниз для соединения двух частей.Частоты, используемые при вибрационной сварке, значительно ниже, чем при ультразвуковой сварке, в диапазоне от 100 до 240 Гц, но амплитуда колебаний больше, в диапазоне от 0,030 дюйма до 0,160 дюйма. Таким образом, соединяемые детали обычно больше и больше. крепкий.

Вибросварка довольно универсальна. Он может соединять практически все типы пластмасс и обрабатывать сложные формы и большие размеры. Процесс и его инструменты масштабируемы, поэтому за один цикл можно сваривать несколько деталей.

Достижения в области вибрационной сварки привели к недавней инновации, называемой технологией чистой вибрации (CVT). CVT использует инфракрасный источник тепла для точного предварительного нагрева свариваемых поверхностей перед их вибросваркой. Предварительный нагрев снижает количество вибрации, необходимой для достижения плавления, ограничивает образование вспышек и твердых частиц и намного более щадящий для сборок, которые могут содержать печатные платы или другую чувствительную электронику. Хотя CVT по сути похож на вибрационную сварку с точки зрения загрузки деталей и обращения с ними, процесс предварительного нагрева увеличивает время цикла и увеличивает потребление энергии.В то время как цикл вибросварки составляет 3-5 секунд, время цикла обычно составляет от 25 до 40 секунд для сварных швов CVT.

Технология вибрации или чистой вибрации обычно используется в медицинском производстве для более крупных систем, состоящих из двух частей, таких как мониторы пациента, инфузионные насосы или сосуды для сбора жидкости. ( См. Сводку преимуществ и ограничений в приведенной ниже таблице. )

Термическая обработка

Термическая обработка — это еще один метод соединения, который часто используется в медицинских изделиях, требующих термического закрепления: размещение металлических элементов в пластик.Тепловая фиксация — это процесс, используемый для крепления печатных плат, язычков батарей или других электрических компонентов к пластиковым компонентам или корпусам. По сути, металлический компонент нагревается до температуры, а затем вдавливается в пластик, который плавится, а затем затвердевает, чтобы закрепить компонент. ( См. Сводку преимуществ и ограничений в приведенной ниже таблице. )

Металлические компоненты с термообработкой необходимы для продуктов с батарейным питанием, таких как портативные или носимые счетчики или другие устройства.(Связанный термический процесс, сварка горячей пластиной, использует нагретую плиту для нагрева лицевых кромок двух деталей перед их сжатием. Однако этот процесс не является обычным для медицинского производства.)

Чистая инфракрасная технология

Чистая инфракрасная технология позволяет сваривать детали любого размера, хотя чаще всего она используется для больших деталей и узлов. Облицовочные поверхности обогреваются контурными бесконтактными инфракрасными излучателями. После размягчения материала эмиттеры удаляются, и детали сводятся вместе под давлением.В результате получается чистый, эстетичный сварной шов, практически без частиц.

В дополнение к сварке широкого диапазона материалов и геометрии деталей, чистая инфракрасная технология настолько бережна, что позволяет соединять сложные сборки без повреждения предварительно собранных внутренних деталей. Однако инфракрасные инструменты обычно сложнее и дороже в разработке, а циклы относительно продолжительны. Таким образом, чистая инфракрасная технология выборочно используется в медицине. Один из примеров — фильтры крови.( См. Сводку преимуществ и ограничений в таблице ниже. )

Итак, какой процесс подходит для вашего медицинского продукта?

Почти каждая сборка продукта имеет ключевые характеристики или требования к производительности, которые приводят к первоначальному рассмотрению одного или двух конкретных методов соединения. Кроме того, инженер может предпочесть конкретный процесс присоединения, исходя из прошлого опыта. Но независимо от того, как начинается процесс оценки и отбора, этот процесс должен охватывать ряд факторов:

Материалы. Материал детали является основным фактором, поскольку он должен соответствовать требованиям процесса соединения. Когда изделие объединяет небольшие пластмассовые детали, почти всегда учитывается ультразвуковая сварка. Однако эффективность ультразвуковой сварки может быть ограничена, если детали изготовлены из олефиновых материалов (например, полипропилена или полиэтилена), сильно модифицированных материалов, стеклонаполненных материалов или композитов. Для таких деталей производители могут рассмотреть альтернативные материалы, которые можно сваривать ультразвуком.Или они должны выбрать среди других процессов, которые будут более эффективно соединять материалы детали.
Размер детали. В то время как вибрационная сварка и вариатор подходят для больших деталей, ультразвуковая сварка не подходит, учитывая ограничения акустически настроенного инструмента. Лазерная сварка, безусловно, способна соединять более крупные детали и производить чистые и эстетичные сборки, хотя производители часто ограничивают ее использование небольшими деталями из-за ее относительно высокой стоимости.
Для небольших устройств, которые необходимо производить в больших количествах, часто выбирают ультразвуковую сварку.Как правило, производители используют более высокие частоты / более низкие амплитуды (и меньшие прижимные силы) для сборки небольших хрупких деталей. Например, многие производители устройств могут использовать ультразвуковой сварочный аппарат с частотой 40 кГц с очень небольшой прижимной силой для успешной сборки устройств без изгиба, отклонения или даже растрескивания хрупких деталей. Ультразвуковая технология последнего поколения может регулировать прижимную силу (силу, необходимую для начала сварки) с гораздо большей чувствительностью и предвидением, чем когда-либо прежде. А поскольку для соединения требуется всего лишь доля секунды, циклы выполняются очень быстро и с очень низким энергопотреблением.
По мере того, как детали становятся несколько крупнее и прочнее (более толстые стенки, более длинные поверхности и т. Д.), Частота уменьшается, но увеличивается амплитуда и прижимная сила, а также прижимная сила, используемая для удержания детали на месте. Таким образом, многие детали среднего размера можно сваривать ультразвуком в диапазоне от 30 кГц до 20 кГц, снижаясь до 15 кГц до тех пор, пока не будет достигнут предел размера этого процесса. Тогда для более крупных и прочных деталей логичным ответом будет вибрационная сварка или вариатор, которые используют гораздо более низкую частоту и более высокую амплитуду.
Форма или геометрия детали. Любой процесс соединения, в котором выделяется тепло за счет трения — ультразвуковой, вибрационной или вращательной сварки — должен иметь детали со сравнительно прямыми или плоскими соединяемыми поверхностями, чтобы инструмент мог соприкасаться и через деталь передавалось вибрационное движение. Для центробежной сварки требуется круглая деталь с контуром или выемкой, которую можно использовать для захвата детали и приложения силы вращения.
Процессы, основанные на прямом нагреве, такие как вариатор или инфракрасная сварка, являются более универсальными, поскольку их инструменты и поверхности теплопередачи могут иметь форму, подходящую для деталей практически любого размера и геометрии.
Чистота / эстетика деталей. Очевидно, что медицинские изделия и устройства часто должны соответствовать высоким требованиям к чистоте и чистоте. Многие из них производятся и упаковываются в условиях чистых помещений, с деталями деталей и путями потока, которые практически не допускают попадания примесей, таких как вспышки и твердые частицы.
Когда чистота превыше всего, часто выходом является лазерная сварка, особенно для медицинских устройств, требующих качества без твердых частиц. Однако, если сопрягаемые поверхности деталей могут быть спроектированы с элементами, содержащими вспышку расплава и твердые частицы, ультразвуковая сварка, вибрационная сварка или вариаторная трансмиссия могут дать еще более экономичный ответ.

Вверху: эта диаграмма иллюстрирует вероятность хорошего результата соединения по процессам, основанная на опыте Emerson с различными деталями и характеристиками материалов. Исключения случаются. Материалы и детали с «ограниченной» вероятностью соединения часто зависят от конкретных факторов применения или материала. Проконсультируйтесь со специалистом по соединению пластмасс, чтобы узнать больше.

Внутренние компоненты. Рынок диагностики in vitro и имплантируемых медицинских датчиков, анализаторов и устройств доставки лекарств стремительно растет.В подобных приложениях, где сборки содержат электронные компоненты, требуются щадящие методы соединения, поэтому вероятными кандидатами являются высокочастотная ультразвуковая сварка (40 кГц) или безвибрационная лазерная сварка. Лазерная сварка обеспечивает эстетически привлекательное соединение, не вызывая деформации сложных деталей или мелких деталей. Он также создает герметичные уплотнения между небольшими деталями без образования минимального количества вспышек или частиц, качество, необходимое для продуктов, которые требуют сборки и упаковки качества чистых помещений и которые, как доверяют, обеспечивают точную терапию с доставкой инсулина, гормонов или лекарств.А поскольку лазерная сварка не вызывает вибрации или механического движения между деталями, она обеспечивает исключительно точное совмещение сварных швов и герметизацию между деталями. Сварные швы бывают быстрыми, идеально чистыми, с нулевым минимумом твердых частиц и отсутствием вспышки.
Скорость производства. С циклами сварки, измеряемыми в долях секунды, никакой процесс соединения не может быть быстрее, чем ультразвуковая сварка, поэтому он идеально подходит для массового производства медицинских изделий и устройств, отвечающих требованиям по размеру и материалам. Его родственники — вращательная и вибрационная сварка — также способны быстро соединять детали с типичными циклами от одной до нескольких секунд.Из методов соединения, при которых к деталям применяется прямой или косвенный нагрев, самым быстрым является лазерная сварка, за которой, как правило, следует вариатор и технология чистого инфракрасного излучения.
Капитальные затраты. После того, как вы определились с высококачественным дизайном продукта и оптимальным методом соединения, окончательным вашим соображением должна стать фактическая стоимость соединительного оборудования.

Лучший вариант при выборе наиболее выгодной технологии для вашего приложения — непредвзято подходить к процессу принятия решений и быть «нейтральным к процессу».”Поймите преимущества и ограничения каждого доступного процесса и работайте в тесном сотрудничестве с поставщиками оборудования / решений, чтобы разработать решение, которое лучше всего подходит для ваших производственных и прикладных требований.

Советы по эффективной ультразвуковой сварке пластмасс

Ультразвуковая сварка — это:

… промышленный метод, при котором высокочастотные ультразвуковые акустические колебания
применяются локально к деталям, удерживаемым вместе под давлением, для создания твердотельного сварного шва.Он обычно используется для пластмасс, особенно для соединения разнородных материалов. При ультразвуковой сварке не нужны соединительные болты, гвозди, паяльные материалы или клеи, необходимые для соединения материалов.

Эта технология восходит к прошлому и была запатентована в 1960-х годах двумя людьми, один из которых:

… был менеджером лаборатории в Branson Instruments, где тонкие пластиковые пленки сваривали в пакеты и трубки с помощью ультразвуковых датчиков.

Тарик Уолтон

Майк Дайкер

Сегодня бренд Branson, связанный с решениями для соединения материалов и очистки, является частью Emerson.

В статье «Медицинский дизайн и аутсорсинг» «5 советов по успешной ультразвуковой сварке пластмасс» Тарик Уолтон и Майк Дайкер из Emerson выделяют соображения, в которых ультразвуковая сварка является эффективным решением.

Пять соображений включают:

Конструкция детали (например, геометрия, конструкция соединения, толщина стенки)
Выбор материала
Исполнительная техника
Адаптивность оборудования
Глобальная поддержка

Я выделю несколько из этих советов и приглашаю вас прочитать статью об остальном.

За расчет детали:

Избегайте ошибок при проектировании, заранее узнавая у экспертов по приложениям детали конструкции детали. К наиболее важным аспектам проектирования деталей, свариваемых ультразвуком, относятся геометрия детали и стиль соединения. Например, если герметичное уплотнение важно для эксплуатационных характеристик продукта, подумайте об использовании пазогребневых соединений, а не пазовых или других соединений.

Ультразвуковая сварка пластика: Ультразвуковая сварка пластика | Публикации Виндэк

Сварка ультразвуковая пластика, пластмасс, металлов, полимерных материалов, алюминиевых профилей. Ультразвуковая сварка: технология, вредные факторы

Ультразвуковая сварка.

Описание:

Преимущества ультразвуковой сварки полимерных материалов:

Принцип действия сварочного аппарата – пистолета:

Суть и особенности ультразвуковой сварки пластмасс

Принцип действия ультразвуковой сварки

Суть получения швов ультразвуком

Какие есть параметры у ультразвукового сварочного оборудования

Подробная классификация

Преимущества и недостатки ультразвуковой сварки

Оборудование для сварки ультразвуком

Вместо заключения

ультразвуковая сборка 35 кГц высокой мощности для сварки пластмасс

Ультразвуковая сварка: оборудование (установки)

Где используют ультразвуковую сварку?

Оборудование для ультразвуковой сварки

Технологические приемы сварки ультразвуком

Производство изделий путем ультразвуковой сварки пластика | ДЕТАЛИ И КОРПУСА ИЗ ПОЛИМЕРОВ

как и чем проводится, особенности процесса, плюсы и минусы

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

Категории сварки

Суть получения швов ультразвуком

Как образуется шов?

Преимущества

Технология УЗС для металлов

Воздействие ультразвука на материал деталей

Ограничения

Работа с металлическими деталями

Специфика процесса

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

Выделение тепла

Используемое оборудование

Недостатки

Параметры сварочного оборудования

Возможности ультразвука

Как проходит сварка ультразвуком?

Сферы использования ультразвуковой сварки

Область применения

Основы ультразвуковой сварки пластмасс

Что такое ультразвуковая сварка?

ОСНОВЫ ультразвуковой сварки

Шаг 1 — Детали в приспособлении

Шаг 2 — Контакт звукового сигнала

Шаг 3 — Приложенное давление

Шаг 4 — Время сварки

Шаг 5 — Время удержания

Шаг 6 — Рог втягивается

важные факторы ультразвуковой сварки пластмасс

Преимущества и недостатки

Преимущества ультразвуковой сварки пластмасс

Недостатки ультразвуковой сварки пластмасс

Области применения

Как мне начать?

Как решать общие проблемы ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка пластмассовых деталей: особенности конструкции

Загрузить руководство по ультразвуковой сварке

Общие типы проектов по энергетике

1. Стыковое соединение

2. Ступенчатый шарнир

3. Язычок и паз

4. Крест-накрест

5. Текстурированная поверхность

6. Перпендикуляр

7. Прерванный

8. Долото

Рекомендации по использованию энергетических директоров

Рассмотрение шарнирных соединений

Загрузить руководство по ультразвуковой сварке

Ультразвуковая сварка пластмасс | Звуковая сварка пластиковых деталей

Как работает звуковая сварка?

Процессы звуковой сварки

Преимущества ультразвуковой сварки

Рекомендации по проектированию ультразвуковой сварки

Специальная звуковая сварка из пластикового пакета

Contact Stack Plastics Today для Sonic Welding & More

Оптимизация результатов ультразвуковой сварки »Декорирование пластмасс

Джеффри Франца,

Соединение пластмасс — знаете ли вы свои варианты?