Prinsippet for ultralydsveising og -sveising

Prinsipp for ultralydskjæring og sveising

Ultralydskjæring og -sveising er et underfelt av ultralydapplikasjoner i industrien, og det har blitt stadig mer utbredt på grunn av dets miljøvennlige, effektive og estetisk tiltalende egenskaper.

Prinsipp for ultralydskjæring og sveising

Ultralydkutting og -sveising av webbing bruker høyfrekvent mekanisk vibrasjon på 20–40 kHz, som overfører energi til webbingens kontaktflate gjennom sveisehodet. 1. Energiomdanning: Ultralydgeneratoren konverterer elektrisk energi til høyfrekvent mekanisk vibrasjon, som forsterkes av amplitudetransformatoren og deretter overføres til sveisehodet. 2. Friksjonsvarmegenerering: Sveisehodet presser mot webbingen, noe som forårsaker høyfrekvent friksjon mellom fibrene inne i webbingen, noe som umiddelbart genererer lokaliserte høye temperaturer på 500–1000 ℃. 3. Synkron sveising og kutting: Den høye temperaturen smelter webbingfibrene (som nylon og polyester), mens sveisehodetrykket komprimerer den smeltede delen og danner et sterkt sveiselag. Hvis det brukes med et spesifikt sveisehode med skjærekant, kan den høye temperaturen samtidig kutte webbingen og oppnå integrert "kutting + sveising". 4. Avkjøling og forming: Etter at vibrasjonen stopper, opprettholdes trykket i 0,1–0,5 sekunder, slik at det sveisede området raskt kan avkjøles og størkne, og kutte- og sveiseprosessen fullføres. (Pneumatiske systemer gir demping, og sikrer også kjøling og forming under skjære- og sveiseprosessen.)

Sammensetning av ultralydskjære- og sveisesystem

Det vanlige ultralydssveisesystemet for plast består av tre hovedkomponenter: en ultralydgenerator (elektrisk boks), en ultralydtransduser (vibrator) og en ultralydstøpeform (støpehode, sveisehode, horn).

Ultralydgenerator (elektrisk boks) Ultralydtransdusere (vibratorer), ultralydformer (formhoder, sveisehoder, horn)

1. Ultralydgenerator (elektrisk boks): Konverterer nettstrøm til en stabil høyfrekvent høyspenningsutgang.

2. Ultralydtransduser (oscillator): En akustisk enhet som omdanner energi, og omdanner elektrisk energi til mekanisk energi.

3. Forsterker: Amplituden til transduserens mekaniske vibrasjon endres gjennom et forhåndsdesignet forsterkningsforhold.

4. Former (sveisehoder, horn): Tilpasset til spesifikke dimensjoner i henhold til behovene til sveise- og skjæreapplikasjoner, og designet med akustiske egenskaper for å oppfylle resonanskravene til ultralydsystemet. Nedenfor vil jeg bruke flere formler for å forklare parameterjusteringsfenomenet i applikasjoner.

Energi = Amplitude * Trykk * Tid * Konstant K = Effekt * Tid

Formlene ovenfor viser at ved sveising og skjæring er amplituden til ultralydbølgen (som kan stilles inn på generatoren), trykket (lufttrykk eller elektrisk sylindermoment, samt strukturell stivhet og hardhet) og bølgeemisjonstiden positivt korrelert med sveise- og skjæreeffekten. Med andre ord, hvis produktet ikke skjæres godt, kan disse parameterne justeres positivt. Betyr dette at jo høyere disse parameterne er, desto bedre? Selvfølgelig ikke!

P = K∗A∗f∗δ, hvor P representerer sveiseeffekten i W;

K er en konstant hvis størrelse er relatert til lydledningsevnen og energispredningen til materialet. Dette betyr at vi vanligvis sier at forskjellige materialer trenger ulik parameterfinjustering for å oppfylle kravene.

EN representerer arealet av sveisekuttet, målt i kvadratmeter (㎡). Dette er kontaktflaten til sveisekuttet, så lengden og vinkelen på skjærekanten bestemmer vanligvis dette arealet.

f er ultralydfrekvensen, som betyr at teoretisk sett er høyere frekvenser lettere å sveise. Akustisk sett er det imidlertid vanskeligere å oppnå en stor amplitude jo høyere frekvensen er; enheten er Hz.

d representerer amplituden, målt i meter (m). Teoretisk sett resulterer en større amplitude i bedre sveising og skjæring. Utmattingslevetiden til metalliske materialer er imidlertid relatert til frekvens, materialegenskaper, spenning, tid, trykk og hardhet, og påvirkes derfor av andre parametere.

Seks faktorer som påvirker resultater av ultralydskjæring og sveising:

Trykk + Tid + Mekanisk struktur + Produktmaterialer + Feilsøking

1. Ultralydsveisetrykk

Ved å påføre passende trykk på sveiseflaten går sveisematerialet over fra elastisk til plastisk, fremmes molekylær diffusjon og fortrenges gjenværende luft fra sveisen, noe som øker sveiseflatens tetningsevne. Trykket overstiger vanligvis ikke 0,5 MPa.

2. Ultralydsveising/skjæretid (bølgeemisjonstid)

Tilstrekkelig smeltetid og tilstrekkelig avkjølingstid er avgjørende. Med en fast varmeeffekt vil utilstrekkelig tid føre til ufullstendig sveising, mens for lang tid vil forårsake deformasjon av sveisematerialet, slaggoverløp og noen ganger varme punkter (misfarging) i ikke-sveisede områder. Det er avgjørende å sikre at sveiseoverflaten absorberer tilstrekkelig varme til å nå en fullstendig smeltet tilstand for å garantere tilstrekkelig molekylær diffusjon og sammensmelting. Samtidig er tilstrekkelig avkjølingstid nødvendig for at sveisen skal oppnå tilstrekkelig styrke.

3. Ultralydamplitude

4. Mekanisk struktur

Presisjonen og stabiliteten i rammeproduksjonen påvirker direkte sveiseeffekten, spesielt for noen presisjonsprodukter, der den mekaniske strukturen må samsvare med produktets presisjon.

5. Produktmaterialer

Faktorer som materialet i de sveisede delene, deres struktur, tykkelse og trykkmotstand påvirker også direkte sveiseeffekten.

6. Feilsøking av utstyr

Avslutningsvis er feilsøking av utstyr også en viktig garanti for at et produkt skal oppnå de beste resultatene innen ultralydskjæring og sveising. Fleksibel matching og justering av ulike parametere samt feilsøking på stedet av ingeniører spiller en viktig rolle.