Як ультразвуковий зварювальний апарат генерує тепло?
Технологія ультразвукового зварювання є загальноприйнятою технологією в галузі зварювання пластмас через її переваги економічності, надійності та легкої інтеграції автоматизації. На відміну від традиційних джерел тепла, які генерують тепло при прямому контакті з пластиком, ультразвукове зварювання генерує тепло через тертя.
1. Амплітуда, частота і довжина хвилі
При ультразвуковому зварюванні поздовжні хвилі передаються у вигляді високих частот, в результаті чого виникають механічні коливання малої амплітуди. Електрична енергія зварювального апарату перетворюється в механічну для зворотно-поступального руху. Щоб зрозуміти взаємозв’язок між амплітудою, частотою та довжиною хвилі та як вони пов’язані з виділенням тепла, нам потрібно зрозуміти основні компоненти ультразвукового зварювального апарату.
Основними компонентами ультразвукового зварювального апарату є генератор електроенергії, перетворювач, амплітудний модулятор (іноді його називають рупором) і зварювальна головка. Генератор електроенергії перетворює джерело живлення 50-60Гц із напругою 120 В/240 В на джерело живлення, що працює на частоті 20-40 КГц з напругою 1300 В. Ця енергія надходить до перетворювача, який використовує дископодібну п’єзокераміку для перетворення електричної енергії в механічну вібрацію, тобто коли високочастотний струм проходить через п’єзокераміку, п’єзокераміка генерує деформаційне зміщення.
Перетворювач передає вібрацію на амплітудний модулятор. Амплітудний модулятор підсилює амплітуду ультразвукової хвилі і продовжує передавати її на зварювальну головку. Рупор продовжує посилювати амплітуду ультразвукових хвиль і контактує з деталлю.
Зрештою, енергія передається до місць зварювання двох частин вузла. Оскільки зварювальне ребро розроблено з гострим вістрям, енергія зосереджується в точці вістря, а тепло від тертя утворюється під тиском. Це тепло утворюється двома видами тертя, одним є поверхневе тертя між матеріалами верхньої та нижньої частин, а іншим є міжмолекулярне тертя всередині матеріалу. Саме тепло, що утворюється внаслідок тертя, спричиняє плавлення та з’єднання верхньої та нижньої частин у місці зварювання.
2. Зрозумійте швидкість нагріву
Для одного і того ж матеріалу швидкість нагріву визначають три фактори: частота, амплітуда і тиск зварювання. Для наявного обладнання, такого як машини 15 КГц, 20 КГц, 30 КГц або 40 КГц, частота фіксована. Тому швидкість нагріву зазвичай можна змінювати залежно від тиску зварювання. Як правило, чим вищий тиск, тим швидше нагрівається. Крім того, ви можете змінювати амплітуду, як у разі тиску, чим більша амплітуда, тим швидша швидкість нагрівання.
Звичайно, надмірний тиск і амплітуда також можуть негативно вплинути на якість зварювання, наприклад, спричинити деградацію матеріалу, витоки, тріщини та спалах. Тому ультразвукове зварювання вимагає процесу оптимізації параметрів процесу. Після визначення параметрів процес зварювання може досягти стабільного результату з високою швидкістю та високою міцністю зварювання. Ось чому ультразвукове зварювання широко використовується в масовому виробництві.
3. Час, відстань, потужність та енергія
Кількість тепла, необхідного для зварювання, залежить від типу матеріалу, конструкції зварювального шва та характеристик обладнання. Традиційним методом контролю тепла є зварювання в режимі часу, тобто зварювання протягом певного часу, наприклад 0.2-1 с (зазвичай менше 1 с). Однак за допомогою сучасного ультразвукового зварювального обладнання часто можна налаштувати та контролювати відстань зварювання, потужність та енергію. З відповідним чином підготовленими операторами параметри також можуть бути налаштовані відповідно до фактичних умов і різних матеріалів, що призводить до незмінних результатів зварювання. Це також значно покращує гнучкість і надійність зварювання.
