Приложение на принципа на ултразвуково рязане и заваряване на ленти

Принцип на ултразвуковото рязане и заваряване

Ултразвуковото рязане и заваряване е подобласт на ултразвуковите приложения в индустрията и се използва все по-широко поради своите екологични, ефективни и естетически приятни характеристики.

Принцип на ултразвуково рязане и заваряване

Ултразвуковото рязане и заваряване на ленти използва високочестотни механични вибрации от 20-40kHz, предавайки енергия към контактната повърхност на лентата през заваръчната глава. 1. Преобразуване на енергия: Ултразвуковият генератор преобразува електрическата енергия във високочестотни механични вибрации, които се усилват от амплитуден трансформатор и след това се предават към заваръчната глава. 2. Генериране на топлина от триене: Заваръчната глава притиска лентата, причинявайки високочестотно триене между влакната вътре в лентата, генерирайки незабавно локализирани високи температури от 500-1000℃. 3. Синхронно заваряване и рязане: Високата температура разтопява влакната на лентата (като найлон и полиестер), докато налягането на заваръчната глава уплътнява разтопената част, образувайки здрав заваръчен слой. Ако се използва със специфична заваръчна глава с режещ ръб, високата температура може едновременно да реже лентата, постигайки интегрирано "рязане + заваряване". 4. Охлаждане и оформяне: След спиране на вибрациите, налягането се поддържа за 0,1-0,5 секунди, което позволява на заварената зона да се охлади и втвърди бързо, завършвайки процеса на рязане и заваряване. (Пневматичните системи осигуряват омекотяване, като същевременно осигуряват охлаждане и оформяне по време на процеса на рязане и заваряване.)

Състав на ултразвукова система за рязане и заваряване

Често използваната ултразвукова система за заваряване на пластмаси се състои от три основни компонента: ултразвуков генератор (електрическа кутия), ултразвуков преобразувател (вибратор) и ултразвукова матрица (формовъчна глава, заваръчна глава, клаксон).

Ултразвуков генератор (електрическа кутия) Ултразвукови преобразуватели (вибратори), ултразвукови матрици (формовъчни глави, заваръчни глави, клакси)

1. Ултразвуков генератор (електрическа кутия): Преобразува мрежовото захранване в стабилен високочестотен изход с високо напрежение.

2. Ултразвуков преобразувател (осцилатор): Акустично устройство, което преобразува енергия, трансформирайки електрическата енергия в механична енергия.

3. Усилвател: Амплитудата на механичните вибрации на преобразувателя се променя чрез предварително зададено съотношение на усилване.

4. Форми (заваръчни глави, рога): Персонализирани по специфични размери според нуждите на приложенията за заваряване и рязане и проектирани с акустични характеристики, за да отговорят на резонансните изисквания на ултразвуковата система. По-долу ще използвам няколко формули, за да обясня феномена на настройка на параметрите в приложенията.

Енергия = Амплитуда * Налягане * Време * Константа K = Мощност * Време

Горните формули показват, че при заваряване и рязане амплитудата на ултразвуковата вълна (която може да се зададе на генератора), налягането (въздушно налягане или въртящ момент на електрическия цилиндър, както и структурна твърдост и коравина) и времето на излъчване на вълната са положително корелирани с ефекта на заваряване и рязане. С други думи, ако продуктът не е добре отрязан, тези параметри могат да бъдат коригирани положително. Означава ли това, че колкото по-високи са тези параметри, толкова по-добре? Разбира се, че не!

П = K∗A∗f∗δ, където P представлява заваръчната мощност във W;

К е константа, чиято величина е свързана със звукопроводимостта и разсейването на енергията на материала. Това означава, че обикновено казваме, че различните материали се нуждаят от различна фина настройка на параметрите, за да отговорят на изискванията.

А представлява площта на заваръчния шев, измерена в квадратни метри (㎡). Това е контактната повърхност на заваръчния шев, така че дължината и ъгълът на режещия ръб обикновено определят тази площ.

ф е ултразвуковата честота, което означава, че теоретично по-високите честоти са по-лесни за заваряване. Акустично обаче, колкото по-висока е честотата, толкова по-трудно е да се постигне голяма амплитуда; мерната единица е Hz.

г представлява амплитудата, измерена в метри (m). Теоретично, по-голямата амплитуда води до по-добро заваряване и рязане. Устойчивостта на умора на металните материали обаче е свързана с честотата, свойствата на материала, напрежението, времето, налягането и твърдостта и следователно се влияе от други параметри.

Шест фактора, влияещи върху резултатите от ултразвуковото рязане и заваряване:

Налягане + Време + Механична структура + Материали на продукта + Отстраняване на грешки

1. Ултразвуково заваръчно налягане

Прилагането на подходящо налягане върху заваръчната повърхност кара заваръчния материал да премине от еластично към пластично състояние, насърчава молекулярната взаимна дифузия и измества остатъчния въздух от заваръчния шев, като по този начин увеличава уплътнителните характеристики на заваръчната повърхност. Налягането обикновено не надвишава 0,5 MPa.

2. Време за ултразвуково заваряване/рязане (време за излъчване на вълна)

Подходящото време за топене и достатъчното време за охлаждане са от съществено значение. При фиксирана топлинна мощност, недостатъчното време ще доведе до непълно заваряване, докато прекомерното време ще причини деформация на заваръчния шев, преливане на шлака и понякога горещи точки (обезцветяване) в незаварените зони. Изключително важно е да се гарантира, че заваръчната повърхност абсорбира достатъчно топлина, за да достигне напълно разтопено състояние, за да се гарантира адекватна молекулярна дифузия и сливане. Едновременно с това е необходимо достатъчно време за охлаждане, за да може заваръчният шев да постигне адекватна якост.

3. Ултразвукова амплитуда

4. Механична структура

Прецизността и стабилността на производството на рамката влияят пряко върху заваръчния ефект, особено при някои прецизни продукти, където механичната структура трябва да съответства на прецизността на продукта.

5. Материали на продукта

Фактори като материала на заварените части, тяхната структура, дебелина и устойчивост на налягане също влияят пряко върху заваръчния ефект.

6. Отстраняване на грешки в оборудването

В заключение, за да може даден продукт да постигне най-добри резултати при ултразвуково рязане и заваряване, отстраняването на грешки в оборудването също е важна гаранция. Гъвкавото съгласуване и регулиране на различни параметри, както и отстраняването на грешки на място от инженерите, играят важна роля.