Ультразвуковая сварка пластмасс оборудование: Купить оборудование (аппараты) для ультразвуковой сварки, цена в Москве

alexxlab | 01.01.1990 | 0 | Разное

Сварка и резка пластмасс — УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНИКА — ИНЛАБ

Оборудование для ультразвуковой сварки пластиков 

“Ультразвуковая техника – ИНЛАБ” разрабатывает, изготавливает и поставляет оборудование для ультразвуковой сварки и резки пластмасс, армирования пластмасс металлами, развальцовки заклепок из полимеров.
Ультразвуковой сварочный пресс И100-7/2 предназначен для контактного сваривания ультразвуком различных деталей из термопластичных материалов. Ультразвуковые сварочные пистолеты предназначены для точечной сварки пластиков, для развальцовки заклепок

И100-7/2. Ультразвуковая сварочная машина.	И100-7/2. Комплект поставки и технические характеристики: – ультразвуковой генератор; – ультразвуковой магнитострикционный преобразователь; – блок питания со встроенным ключом управления пневмореле; – цифровой программируемый контроллер управления технологическим процессом; – портальный пресс с пневмоприводом – потребляемая мощность, кВт, не более               – И100-7/2-0.1               – И100-7/2-0.2 2.0 4.0 – напряжение питания               – И100-7/2-0.1               – И100-7/2-0.2 220В, 50 Гц 3 фазы, 380В, 50 Гц – рабочая частота, кГц 22±10% – рабочее давление воздуха, кг/см кв. 5-6 – масса комплекта, ориентировочно, кг 45 – охлаждение преобразователя водяное, принудительное Ультразвуковая сварочная установка И100-7/2 выпускается в виде законченного стационарного рабочего места, оснащается двумя кнопками включения пресса и цифровым программируемым контроллером управления. Система портального привода пресса позволяется избежать перекосов при давлении на свариваемые детали и устанавливать точные зазоры между сварочным волноводом и наковальней. Для охлаждения магнитострикционного преобразователя поставляется Автономная система охлаждения. Ультразвуковые сварочные волноводы (сонотроды) изготавливаются из титанового сплава. Разработка каждого сварочного волновода осуществляется индивидуально, исходя из конфигурации свариваемой детали и с помощью средств математического моделирования. Мощность машин может быть от 400 Вт до 4 кВт. Гарантийные обязательства – 12 месяцев.
И100-7/6-0.2М. Ручной ультразвуковой сварочный пистолет на базе пьезокерамического преобразователя. Модель 2018 года.	И100-7/6-0.2М. Технические характеристики: – мощность И100-7/6-0.2М: до 200 Вт  – напряжение питания: 220 В 50 Гц – рабочая частота: 35 кГц – охлаждение: воздушное принудительное – гарантия: – сварочный титановый волновод с диаметром торца: – устройство подвеса и гибкий кабель: 12 мес. от 3 до 16 мм
И100-7/6-0.3. Ручной ультразвуковой сварочный пистолет на базе магнитострикционного преобразователя с водяным охлаждением. Модель 2013 года.	И100-7/6-0.3. Технические характеристики: – мощность:                                                                до 1000 Вт – напряжение питания:                                         220 В 50 Гц – рабочая частота:                                         22 кГц  – охлаждение инструмента:                                         водяное – сварочный волновод:                                         титановый  – гарантия:                                         12 мес.

С ценами и основными техническими параметрами установки для сварки и резки пластмасс можно ознакомиться в разделе Цены (файл Ультразвуковые сварочные установки)

Версия для печати

как и чем проводится, особенности процесса, плюсы и минусы

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).

Содержание статьиПоказать

Как это работает?

Что такое ультразвуковая сварка пластмасс? Если по-простому, это процесс, в котором происходит превращение механических колебаний, созданных специальным оборудованием, в тепло, энергия которого образует сварочный шов.

Иными словами, происходит трансформация энергии (механическая переходит в тепловую), поэтому подобный процесс можно назвать “использованием энергии преобразования”.

В процессе ультразвукового сваривания пластмасс можно выделить 2 этапа: соединения деталей и образования шва.

Первый этап представляет собой воздействие на детали на молекулярном уровне: тепло, сформировавшееся в результате трансформации механической энергии, точечно фокусируется в месте будущего скрепления материалов.

Происходит увеличение показателя движения молекул пластмассы. Из-за этого начинается оплавление и соединение элементов конструкции. Второй этап представляет собой остывание мест сварки пластмассы и формирование крепкого шва.

Так вкратце можно описать принцип работы этого метода. Подробнее этот материал приводится в следующем разделе.

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.

Характеристики оборудования

Перед работой рекомендуется изучить характеристики оборудования и те показатели, которые поддаются регулированию.

В соответствии с тем, какие параметры Вам нужны, Вы можете изменять следующие значения:

1. Давление ультразвуковой сварки (оно же статистическое).
2. Длительность импульса.
3. Давление волновода на материал.
4. Количество колебаний в единицу времени (частота).
5. Размах колебаний торца волновода.
6. Дополнительные: температурный режим прогрева материала, параметры, зависящие от характеристик самих деталей (например, размера и/или формы) и прочее.

Параметры из пунктов 1-5 связаны друг с другом. Более того, от них зависит скорость ультразвуковой сварки, её время, прочность и качество готового шва.

Параметры оборудования для сваривания пластмасс ультразвуком коррелируют с составом материала и видом предполагаемого шва. Они индивидуальны для каждого случая. Набор различных параметров представляет собой так называемый режим сварки.

В промышленности он устанавливается на основании проведения набора специальных исследований.

Они проходят следующим образом: в лабораторных условиях мастера осуществляют сварку различных конструкций и определяют характеристики образовавшегося шва.

К исследуемым параметрам относятся: прочность соединения, его надёжность и герметичность. Очевидно, что сварщикам, которые используют подобный метод в домашних условиях, такие исследования ни к чему.

Однако можно провести тестирование в минимальном объёме, потренировавшись перед началом работ на ненужных деталях. На собственном опыте оптимальный режим сварки пластмасс ультразвуком подбирается гораздо увереннее.

Категории сварки

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

• Классификация по подаче энергии:

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

• Классификация по передвижению волновода:

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

• Классификация по движению вдоль шва:

1. Ручное (сила, направляющая аппарат, сосредоточена в руках мастера).
2. 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:

1. Контактная (шов формируется по уложенным внахлёст конструкциям. Подходит для деталей толщиной 2 миллиметра и меньше).
2. 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).

+ и –

Рассмотрим достоинства и недостатки ультразвуковой сварки пластмасс. К числу первых относятся:

1. Не нужно приобретать расходные материалы, растворители или клей, из-за чего снижается риск неблагоприятного воздействия на организм мастера.
2. Возможность соединить пластмассы любого состава.
3. При правильном выставлении режима сварки шов получается почти что невидимым.
4. Высокая производительность при довольно скромных затратах.
5. Швы получаются устойчивыми и герметичными на деталях любого состава.
6. Можно не проводить предварительную очистку поверхностей конструкций.
7. Шов в принципе не может перегреться, так как тепло фокусируется точечно.
8. При работе не образуются радиопомехи по причине того, что напряжение не достигает поверхности деталей.
9. Сварочные работы не требуют особых условий. Достаточно обеспечения электричеством.
10. Особенности оборудования позволяют проводить работы разного масштаба, от мелкого ремонта крошечных деталей и до непрерывной сваркой промышленных конструкций.
11. Возможность осуществления нескольких задач одновременно. К примеру, сварка пластмасс + покрытие полимерным напылением или сварка + резка.

Несмотря на невероятное количество достоинств, способ сварки далеко не идеален. На это есть свои причины:

1. Нет унифицированного метода проверки качества сварного шва, что чревато получением некачественного соединения.
2. Низкая мощность работы предполагает необходимость подачи энергии в двустороннем режиме.

Да, минусов у такого метода немного. Однако все преимущества работают только тогда, когда выбран оптимальный режим ультразвуковой сварки. Поэтому новичку рекомендуется приобретать аппарат с автоматическим выстраиванием режима.

В помощь начинающим мастерам, которые собираются вручную настраивать режим, приведена информация об оптимальных параметрах в удобном формате таблицы.

По мере накопления опыта в деле ультразвуковой сварки можно будет выставлять режим без её помощи.

Сварочные аппараты

В составе аппарата для ультразвуковой сварки пластмасс выделяют:

1. Инструмент для сварки.
2. Волновод.
3. Преобразователь (магнитострикционный или пьезокерамический).
4. Опора.
5. Генератор волн.
6. Дополнительная комплектация (с функцией управления параметрами процесса – автоматического или ручного. Рекомендуется к приобретению для выполнения качественных работ с формированием шва максимальной прочности).

Рассмотрим строение и функции основных узлов ультразвукового сваривания более подробно.

Генератор производит волны ультразвука с заданной скоростью и в последующем трансформирует их в механическую энергию (для этого используется также и преобразователь в аппаратах с двусторонней подачей энергии) с прежней частотой.

С его помощью возможно определение способа отправки энергии ультразвука.

Исходя из его названия, преобразователь обеспечивает превращение энергии из одного вида в другой. Его присутствие в оборудовании обуславливает потребность в перманентном охлаждении (воздушном, водном).

Следующее звено в конструкции – трансформатор колебаний. Он расположен между волноводом и преобразователем, предназначен для синхронизации их работы и может увеличивать размах колебаний с торцовой части волновода.

Сам же волновод отвечает за передачу механических колебаний и формирование давления в заданных точках. Вместо него может использоваться акустический преобразователь.

Фиксацией деталей занимается опора. Иногда возможно её применение в роли ещё одного волновода.

Постскриптум

После прочтения этой статьи не вызывает сомнений тот факт, что сварка ультразвуком пластмасс представляет собой высокотехнологичный процесс скрепления полимерных материалов.

Эффективность её (особенно при использовании механического управления процессом) обуславливает высокое качество шва, которое не стоит рядом с другими способами соединения деталей.

Никто не отменяет того факта, что для выполнения соединений идеального качества необходимо много тренироваться.

Представляется возможным интуитивное выполнение работ, когда практикующий мастер на основании опыта осознает, где и каким образом необходимо совершить то или иное действие.

Однако даже длительно работающим сварщикам иногда приходится совершать ошибки в этом деле, после которых их работа приобретает действительно профессиональный характер.

Всем начинающим мастерам рекомендуется хотя бы попробовать выполнить соединения посредством ультразвуковой сварки.

Считается, что этот метод обладает огромными возможностями. Здесь, в комментариях, профессионалы могут подсказать начинающим мастерам какие-либо аспекты ультразвуковой сварки.

Желаем удачи в обучении этому методу соединения конструкций!

Сварка пластмасс ультразвуком

---

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек – в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки – в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

---

Метод сварки пластмасс ультразвуком — один из промышленных методов соединения полимерных материалов, основанный на преобразовании механических высокочастотных колебаний (более 20 000 Гц) в тепловую энергию. Выделяемое при этом тепло размягчает свариваемые поверхности, генерируясь в толще материала, а приложенное давление обеспечивает плотный контакт внутренних поверхностей материала.

Получение и передача ультразвуковых колебаний на материал осуществляется по следующей схеме (рис. 19). Вибратор 1 преобразует электрическую энергию высокой частоты в механические колебания сердечника с частотой ультразвука. Колебания очень маленькой амплитуды передаются от вибратора к концентратору 2, который усиливает механические колебания и благодаря своей особой конструкции концентрирует их в конце волновода. Конец волновода является сварочным инструментом (электродом) или опорой, когда в качестве электрода используют наконечники. Колебания от волновода передаются полимерному материалу 3, который укладывают на опору — отражатель 4. Отражатель может быть пассивным (ненастроенным) и активным (настроенным). В свою очередь, отражатель  укладывают на опорную поверхность стола 5. Давление осуществляется со стороны электрода, как показано на схеме, или со стороны опорной поверхности стола.

Рис. 19. Схема сварки пластмасс ультразвуком:
1 — вибратор; 2 — концентратор; 3 — свариваемый материал; 4 — отражатель; 5 — опора.

Ультразвуковую сварку применяют в основном для соединения материалов с низкой электро- и теплопроводностью, большинство из которых трудно или вообще не возможно сваривать другими методами. Ультразвуком сваривают следующие полимерные материалы: органическое стекло, винипласт, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Процесс образования соединения при ультразвуковой сварке можно условно разделить на две стадии. Вначале происходит нагрев соединяемых материалов. На второй стадии между нагретыми до вязкотекучего состояния контактирующими поверхностями возникают связи, которые и обеспечивают получение неразъемного соединения.

Особенности сварки ультразвуком состоят в следующем: 

1) можно соединять детали, толщина одной из которых практически неограничена, и осуществлять сварку конструкций, в которых затруднен доступ к месту сварки; это объясняется тем, что  сварка осуществляется с помощью одного электрода, односторонним способом, ультразвуковая энергия может подводиться на значительном расстоянии от места соединения;

2) высокая производительность процесса; так как максимальный разогрев происходит на свариваемых поверхностях, вследствие чего исключается значительный перегрев пластмасс по толщине или длине привариваемого стержня;

3) не создаются радиопомехи;

4) не подводится напряжение к свариваемым поверхностям;

5) возможна сварка более широкого ассортимента и больших толщин изделий из различных полимерных материалов, чем при сварке ТВЧ.

По характеру распределения вводимой механической энергии относительно свариваемых поверхностей ультразвуковая сварка? может быть разделена на контактную и передаточную.

В первом случае механическая энергия равномерно распределена по всей площади контакта свариваемых изделий. Этот вид ультразвуковой сварки обычно применяют для соединения эластичных пластмасс небольшой толщины (— 0,05—1,5 мм). Наиболее распространены соединения внахлестку.

При передаточной ультразвуковой сварке механические колебания вводятся в отдельной точке или на небольшом участке поверхности верхнего изделия. Передача и равномерное распределение механической энергии зависят в этом случае от упругих свойств свариваемого материала. Поэтому передаточную сварку применяют для соединения объемных деталей из жестких пластмасс, таких как полистирол, полиметилметакрилат и др. Наиболее рациональны соединения встык или втавр.

По степени непрерывности процесса ультразвуковую сварку можно разделить на прессовую и непрерывную. Прессовая сварка выполняется за одно рабочее движение волновода. По этой схеме может осуществляться как контактная, так и передаточная ультразвуковая сварка. Непрерывная сварка позволяет получить непрерывные протяженные сварные швы за счет относительного перемещения волновода и свариваемого изделия. Она используется для сварки изделий из пленок и синтетических тканей: мешков, фильтров, непромокаемой одежды и др.

По степени механизации непрерывная сварка делится на ручную и механизированную. При ручной сварке непрерывные швы любой конфигурации получают за счет перемещения сварочного пистолета, а изделие при этом остается неподвижным. Таким способом можно соединять многослойные пакеты из разных пленок с покрытием. При механизированной непрерывной сварке, как правило, перемещается свариваемое изделие, а сварочный волновод остается неподвижным.

Оптимальный режим, зависящий от свойств свариваемого материала, толщины и формы изделия, состояния контактируемых поверхностей и целого ряда других факторов, определяется в каждом конкретном случае экспериментально.

В связи с массовым характером производства и отсутствием простых и надежных методов неразрушающего контроля для сварных изделий из пластмасс особое значение приобретает надежность и стабильность технологического процесса сварки. Для повышения стабильности свойств сварного соединения и получения соединения с максимальной прочностью режим сварки в каждом отдельном случае может меняться.

На сварочном оборудовании могут быть установлены приборы контроля и регулирования технологическим процессом.

Схемы процесса

Способ предложен в 1958 г. учеными МВТУ им. Н. Э. Баумана под руководством акад. Г. А. Николаева. Способ ультразвуковой сварки пластмасс заключается в том, что электрические колебания ультразвуковой частоты (18—30 кГц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механические продольные колебания магнитострикционного преобразователя, вводятся в свариваемый материал с помощью продольно-колеблющегося инструмента-волновода, расположенного перпендикулярно свариваемым поверхностям (рис. 29.5). Здесь часть энергии механических колебаний переходит в тепловую, что приводит к нагреву зоны контакта соединяемых деталей до температуры вязкотекучего состояния. Надлежащие условия ввода механических колебаний и создание тесного контакта свариваемых деталей, расположенных на опоре, обеспечивается статическим давлением рабочего торца волновода на свариваемые детали. Это давление способствует также концентрации энергии в зоне соединения. Динамическое усилие, возникающее в результате воздействия колеблющегося волновода, приводит к нагреву свариваемого материала, а действие статического давления обеспечивает получение прочного сварного соединения. Механические колебания и давление в этом случае действуют по одной линии перпендикулярно к свариваемым поверхностям. Такая схема ввода энергии применяется для ультразвуковой сварки пластмасс, в отличие от «металлической» схемы, когда механические колебания действуют в плоскости соединяемых поверхностей, а давление прикладывается перпендикулярно к ним. Подвод энергии от волновода может быть односторонним и двусторонним. По характеру передачи энергии и распределению ее по свариваемым поверхностям ультразвуковая сварка делится на контактную и передаточную.

Контактная сварка

Возможность передачи механической энергии в зону сварки зависит от упругих свойств и коэффициента затухания колебаний свариваемых материалов. Если полимер характеризуется низким модулем упругости и большим коэффициентом затухания, то сварное соединение можно получить лишь на малом удалении от плоскости ввода колебаний. Для равномерного распределения энергии по всей площади контакта свариваемых деталей необходимо, чтобы рабочий торец, соприкасающийся с верхней деталью, имел форму и площадь, идентичную площади и форме плоскости контакта свариваемых деталей. Контактная ультразвуковая сварка обычно применяется для соединения изделий из мягких пластмасс, таких как полиэтилен, полипропилен, поливинил-хлорид, а также пленок и синтетических тканей небольшой толщины — от 0,02 до 5 мм. При этом способе сварки наиболее распространены соединения внахлестку (рис. 29.6).

Передаточная сварка

Если полимер обладает высоким модулем упругости и низким коэффициентом затухания, то сварное соединение можно получать на большом удалении от поверхности ввода механических колебаний (рис. 29.7). В этом случае ввод механических колебаний может осуществляться в точке или на небольшом участке поверхности верхней детали. Благодаря хорошим акустическим свойствам материала изделия энергия ультразвуковой волны незначительно ослабляется при проходе через деталь, контактирующую с волноводом, и почти полностью транспортируется к границе раздела свариваемых деталей. Тепловыделение на границе раздела в этом случае зависит от конфигурации изделия, а площадь сварки значительно отличается от площади рабочего торца волновода. Передаточную сварку рекомендуется применять для соединения объемных деталей из жестких пластмасс, таких как полистирол, полиметилметакрилат, капрон, полиамиды, поликарбонат. Наиболее распространены стыковые и тавровые соединения. Удаление поверхности ввода механических колебаний от плоскости раздела свариваемых деталей зависит от упругих свойств материала, мощности ультразвука, подготовки кромок и может составлять от 10 до 250 мм. В случае необходимости передаточной сваркой можно соединять и мягкие термопласты. Для этого свариваемые детали должны находиться в жестком застекленном состоянии, что может быть достигнуто путем охлаждения их до температуры стеклования.

Оборудование

В МГТУ им. Н. Э. Баумана разработаны машины типа УПМ-21, УПК-15М, УПШ-12, ВНИИЭСО разработаны машины типа МТУ-1,5 и МТУ-0,4, которые серийно выпускаются заводом «Электросварка». Переносные установки РУСУ-50 и РУСУ-44-250 разработаны в НИАТ. Машины типа БШМ-1 разработаны ВНИИЛТЕКмашем совместно с ВНИИТВЧ им.. В. П. Вологдина и серийно выпускаются ПО Промшвеймаш (г. Орша).

Ультразвуковая сварка полиэтилена

Ультразвуковую сварку применяют при изготовлении емкостей, различных контейнеров и труб, предназначенных для хранения пищевых и других промышленных продуктов.

В большинстве случаев при упаковке продуктов в полиэтиленовую тару соединяемые поверхности загрязнены упаковываемым продуктом. Поэтому использование других методов сварки, кроме ультразвукового, в данном случае исключено. Загрязненность свариваемых поверхностей упаковываемым продуктом накладывает специфические требования к процессу ультразвуковой сварки, так как это оказывает влияние на прочность получаемого сварного соединения. Загрязнение поверхности приводит к понижению прочности сварного соединения.

Кроме того, при сварке изделий из полиэтилена следует учитывать особенности хранения и предшествующую обработку соединяемых изделий, которая также влияет на прочностные и эксплуатационные характеристики сварного шва.

Применение предварительной термообработки в интервале температур 50—100°С незначительно влияет на прочность сварных соединений (прочность уменьшается соответственно на 5—9% по сравнению с прочностью образцов, сваренных без предварительной термообработки).

С повышением температуры обработки до 115 °С наблюдается понижение прочности на 17%, и продолжительность сварки при этом увеличивается на 2—3 с.

Значительно влияет на качество сварного шва старение полиэтилена в условиях солнечной радиации. После 30 ч облучения ультрафиолетовыми лучами образец нестабилизированного полиэтилена низкой плотности толщиной 0,7 мм перестает свариваться. Полиэтилен, стабилизированный сажей или парафином, перестает свариваться после 60 ч облучения.

Ультразвуковая сварка полистирола

Ультразвуковую сварку изделий из полистирола применяют для изготовления различных контейнеров и сосудов, игрушек, спортивных товаров, а также для упаковки пищевых продуктов, медикаментов, косметики и т. д. В зависимости от формы изделия и свойств материала применяют контактную и передаточную сварку или комбинацию этих методов. Каждый из выпускаемых в настоящее время полистиролов (блочный, суспензионный, эмульсионный и ударопрочный) имеет различную способность свариваться — от наилучшей у блочного до наихудшей у ударопрочного полистирола.

При сварке изделий из полистирола одним из важных факторов, влияющих на процесс формирования сварных швов, является качество соединяемых поверхностей. Хорошая геометрическая форма и правильная подготовка поверхностей не только облегчает сварку, но и способствуют повышению прочности шва, увеличивают производительность процесса и позволяют строго фиксировать одну часть свариваемого изделия относительно другой его части.

Разделки кромок могут различаться по форме, по в основном одна из стыкуемых деталей должна иметь выступ, входящий по всей длине в соответствующий паз другой детали (рис. 20). Стыкуемые детали должны обладать наименьшей контактной поверхностью; поэтому паз выполняют плоским, а выступ — острым. Острие выступа должно контактировать с соединяемой поверхностью на очень небольшой площади, которая сводится почти к линии. Это способствует концентрации механической энергии на выступе, ускоряет процесс нагрева и сварки пластмасс.

Наилучшей является V-образная разделка свариваемых кромок, которая применяется для соединения деталей, показанных на рис. 20, а. На верхней детали делается V-образный выступ, а на нижней — V-образный паз. Высота выступа должна быть больше, чем глубина паза на 0,05—0,030 мм. При таком типе соединений достигается лучшая текучесть разогретого материала под действием давления и шов имеет хороший внешний вид.

При сварке соединений необходимо предусматривать допуски на текучесть размягченного полимера, который выдавливается из зоны шва, образуя грат. Если грат нежелателен, используют специальные конструкции шва, чтобы избежать выплесков полимера (см. рис. 20, 6 и в). Доведенный до вязкотекучего состояния полимер должен соединять две стыкуемые поверхности, заполняя зазор в несколько десятых долей миллиметра.

Рис. 20. Типы разделки кромок свариваемых поверхностей изделия.

Линия наплыва вдоль шва и выход наплыва за пределы шва свидетельствуют о том, что сварка произошла, В тех случаях, когда требуется герметичность изделия, необходимо, чтобы сварные детали имели линию наплыва. Однако линия наплыва большей частью ухудшает внешний вид изделия, поэтому ее следует избегать в особенности на полированных поверхностях.

Улучшение внешнего вида достигается ступенчатой конструкцией рабочей части волновода, при этом выступ изготовляют так, чтобы наплыв образовывался на внутренней стороне изделия. Малогабаритные детали несложной формы свариваются за один контакт волновода с изделием, причем волновод устанавливается перпендикулярно к свариваемым поверхностям по оси симметрии соединения. Если деталь сложная и длина сварного шва значительная, то количество точек и место введения ультразвуковых колебаний определяются экспериментально.

На свариваемость жестких пластмасс большое влияние оказывают условия хранения соединяемых деталей. Длительное хранение деталей до сварки приводит к уменьшению прочности сварного соединения. Особенно сильно уменьшается прочность соединения при сварке деталей, прошедших длительное хранение в атмосферных условиях. Таким образом, для получения качественных сварных соединений сварку необходимо производить либо сразу же после отливки деталей, либо хранить литые детали в темных холодных помещениях. Хранение деталей в атмосферных условиях при наличии солнечной радиации недопустимо.

Применение ультразвука для сварки деталей детских игрушек из полистирола позволило полностью исключить процесс склеивания дихлорэтаном, толуолом и другими растворителями, применение которых приводит к значительной загазованности воздушной среды. Использование ультразвуковой сварки повышает производительность труда и культуру производства.

Соединение пластмасс с металлами

В последнее время ультразвук применяется не только для сварки пластмасс, но и для соединения пластмасс с металлами и впрессовки металлических изделий в пластмассы.

При соединении металлических изделий с пластмассовыми в металлическом изделии делают отверстие, а в изделии из пластмассы — штифт, выполненный как одно целое с изделием. Металлическое изделие надевают на штифт, а на выступающую часть штифта накладывают ультразвуковой инструмент — волновод, торец которого имеет два сферических углубления, Под действием ультразвука выступающая часть штифта размягчается и деформируется инструментом в две полусферические головки, образующие замковое соединение, напоминающее собой соединение заклепками.

Лебедев Г.А. “Напыление. Сварка. Склеивание”.

См. также:

как и чем проводится, особенности процесса, плюсы и минусы

Главная / Техника сварки

Назад

Время на чтение: 5 мин

0

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:

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

• Классификация по передвижению волновода:

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

• Классификация по движению вдоль шва:

1. Ручное (сила, направляющая аппарат, сосредоточена в руках мастера).
2. 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:

1. Контактная (шов формируется по уложенным внахлёст конструкциям. Подходит для деталей толщиной 2 миллиметра и меньше).
2. 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.

Ультразвуковая сварка пластмасс: принцип действия и оборудование

Сварка пластмасс ультразвуком – часто используемый способ соединения изделий, выполненных из этого материала. Ультразвуковая сварка пластмасс обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами.

Принцип действия

Суть метода сварки ультразвуковым способом заключается в том, что генератором вырабатываются электрические колебания частой 20-50 кГц, которые относятся к области ультразвуковых. Затем происходит их преобразование в механические колебания инструмента под названием волновод. Входящий в это устройство пневмоцилиндр заставляет свариваемые части изделия прижиматься друг к другу. При этом колебания передаются в зону сварки.

Соединяемые полимеры подвергаются деформации. Между ними начинается диффузия – проникновение молекул одного изделия в другое, вернее в его межмолекулярные промежутки. Этот процесс носит взаимный характер. Происходит соединение пластмассовых деталей.

Для равномерности распределения расплавленного материала в сварном шве после отключения воздействия ультразвука детали остаются прижатыми друг к другу до их полного остывания. Наиболее часто используемым способом при этом является соединение внахлест.

Ультразвуковая сварка бывает выполненной по принципу образования шва, точечной и вдоль периметра.

Таким способом может выполняться ультразвуковая сварка полипропилена и других видов пластмасс.

Преимущества

К достоинствам ультразвукового метода относится:

1. Отсутствие необходимости в защитной газовой среде.
2. Не предъявляются особые требования к качеству подготовки свариваемых поверхностей.
3. Любая геометрическая форма свариваемых изделий.
4. Экологичность метода.
5. Минимальное количество выделяемых вредных веществ.
6. Не слишком высокая температура нагрева деталей.
7. Отсутствие применения сварочных материалов в виде проволоки и припоя.
8. Незаметность полученного шва.
9. Высокая производительность.
10. Минимальные энергозатраты.
11. Безопасность процесса.

Полученный шов обладает эстетичным внешним видом. В дополнительной обработке он не нуждается.

Оборудование

Для ультразвуковой сварки пластмасс применяемое оборудование разделяется на точечное, шовное и шовно-шаговое. Также находят применение небольшие переносные установки типа ручных пистолетов, обладающих небольшой мощностью. К основному используемому оборудованию относится ультразвуковой генератор для сварки пластмасс.

Его параметры:

1. Амплитуда колебаний. Она влияет на величину энергетического потока, и, соответственно, на время всего процесса.
2. Прижимное усилие. Определяет прочность полученного шва.
3. Частота колебаний.
4. Величина давления на соединяемые детали.
5. Продолжительность импульсов. Оказывает влияние на продолжительность сварки.

Также играют роль предварительный прогрев изделий и расстояние, на котором находится головка аппарата по отношению к изделию.

Важнейшая часть в системе – сварочный или, иначе акустический узел. Его назначение – преобразование электрической энергии в механическую. Роль волновода сводится к транспортированию потока энергии к месту сварки. На рабочем конце волновода находится сварочная головка, которая является сменной деталью. Все узлы устанавливаются на опорную раму.

При использовании генератора имеется ограничение, касающееся размера заготовок. Он не должен превышать 30 сантиметров. Это объясняется небольшим значением мощности этого оборудования. Также не слишком большой должна быть и толщина изделий. При использовании генератора необходимо следить за тем, чтобы свариваемые детали имели минимально возможную влажность.

Интересное видео

Ультразвуковая сварка полипропилена и других пластмасс

1. Главная
2. Сварка полимеров
3. Виды сварки
4. Ультразвуковая сварка

Мы осуществляем производство крупных партий товаров методом ультразвуковой сварки. Гарантируем низкую стоимость изготовления и выполнение проекта в срок. Процесс работы включает предоставление пробных образцов, упаковку и доставку товаров в любой город России.

ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗОВАННЫХ ПРОЕКТОВ

Форма быстрого заказа

ПЛЮСЫ НАШЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 

	Консультация Менеджеры компании помогут выбрать идеальный для ваших целей и потребностей полимерный материал		Производственные мощности Более 2 000 м² рабочего пространства, оснащенного различными станками с ЧПУ: 7 методов производства.
	Работаем строго по ТЗ Следуем ТЗ клиента. Производим изделия по его требованиям и пожеланиям. Согласовываем все решения.		Можем сделать доработку Доработаем любое изделие по ТЗ и чертежам клиента. Произведем любую модификацию по его требованиям.
	Точное копирование образца Произведем изделие строго по образцу клиента. Самостоятельно разработаем чертеж и подберем материалы.		Тестовый образец изделия Производим тестовый образец, корректируем после комментариев клиента. Исключаем брак.

КЛИЕНТЫ И ПАРТНЕРЫ

Наши постоянные клиенты на протяжении многих лет доверяют нам реализацию своих проектов. Мы дорожим нашими партнерскими отношениями, стараемся не сбавлять обороты и каждый раз создаем продукцию высшего качества.

ПРЕИМУЩЕСТВА ДАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Ультразвуковая сварка полимеров и пластмасс один из самых распространенных, простых в реализации и быстрых способов производства изделий. Цельные листы или пластмассовые детали соединяются благодаря нагреву от ультразвуковых колебаний с одной стороны и физическому давлению с другой. При этом материалы нагреваются не так сильно, как при других видах сварки.

Оборудование для ультразвуковой сварки полипропилена и других видов пластика позволяет производить различные виды изделий. Важным фактором является соблюдение прописанной в инструкциях к прибору толщины полимеров, поскольку это имеет прямое отношение к качеству соединения. Если все условия соблюдены и ультразвуковая сварка полимеров прошла успешно, то на выходе мы получаем аккуратные швы и прочное соединение материалов. Скорость создания швов варьируется в зависимости от модели и производителя оборудования, однако в большинстве случаев составляет не более трех секунд.

Технология ультразвуковой сварки позволяет точечно соединить полимерные или пластмассовые детали в цельное изделие высокочастотными колебаниями и механическим давлением. Созданный контакт происходит на молекулярном уровне, поэтому ультразвуковая сварка является одним из самых надежных видов производства изделий.

ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОДУКЦИИ

Процесс создания изделий подразделяется на несколько этапов. Первый этап начинается с запроса на сайте. Клиент его оставляет и далее менеджер связывается с ним для проведения первичной консультации. Задача менеджера оказать помощь клиенту в выборе материалов, дать ему подробную информацию о методах нашей работы и возможностях компании, а также подобрать оптимальный в соотношении цена/качество вариант изделия.

Выбранный и согласованный вариант изделия создается на нашем производстве в Санкт-Петербурге. Процесс изготовления продукции для клиента может занимать различное количество времени. В некоторых случаях это недели, поскольку как само производство, так и подготовка к нему требуют подготовки, а в других случаях это может занять и несколько часов, если все уже заранее готово и может произойти без лишнего надзора. Наше производство оборудовано аппаратами с ЧПУ, что позволяет во многих процессах исключить человеческий фактор и количество брака. После того, как все изделия готовы, наши специалисты упаковывают их для безопасной транспортировки и передают в службу логистики. Те, в свою очередь доставляют изделия во все города России.

Ультразвуковой пистолет для сварки термопластичных полимеров

В ряде случаев соединение деталей из термопластичных полимеров с помощью ультразвуковой сварки не представляется возможным, так как специфика и условия производства не позволяют использовать стационарное, тяжеловесное ультразвуковое оборудование. Это имеет место, например, при сварке крупногабаритных деталей и изделий из листовых полимерных материалов, а также в местах недоступных для сварки стационарным оборудованием.

Для проведения такого рода работ используют легковесные переносные ультразвуковые сварочные аппараты, базовыми элементами которых являются электронный генератор и сварочный пистолет. Электронный генератор служит для преобразования электрической энергии промышленной частоты в энергию ультразвуковой частоты (20-60 кГц) и предназначен для питания пьезоэлектрического преобразователя, вмонтированного в сварочный пистолет. Преобразователь посредством пьезокерамических элементов трансформирует электрические колебания в механические той же частоты. С помощью волновода-инструмента, присоединенного к преобразователю, осуществляется ввод ультразвуковых колебаний в свариваемые детали.

Назначение: для ультразвуковой сварки деталей из полимеров, в том числе расположенных в труднодоступных местах; заклепывания и точечной спайки, спайки полимерной ленты в конвейерных системах.

Преимущества: высокая скорость сварки; легкость и транспортабельность аппарата; экологическая безопасность.

Область применения: ультразвуковая сварка пластмасс, применяемых в пищевой, химической, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности; сварка пластиковой тары и различных видов упаковки.

Технические характеристики:

потребляемая мощность, Вт	800
выходная мощность, Вт	630
рабочая частота, кГц	35 ±2.5%
масса генератора, не более, кг	7,5
масса сварочного пистолета, кг	1,5

 

Основы технологии ультразвуковой сварки пластмасс

Что такое ультразвуковая сварка?

Технология ультразвуковой сварки

использует высокочастотные вибрации (ультразвук) для точного соединения двух термопластичных деталей за доли секунды. Под точным давлением соединение герметизируется менее чем за 0,2 секунды.

 

 

Ультразвуковые волны вибрируют десятки тысяч раз в секунду. Это колебание передается на контактную поверхность, непосредственно контактирующую с пластиковыми деталями.Поскольку граница зоны сварки имеет большое акустическое сопротивление, она создает высокие температуры. Пластик является довольно плохим проводником тепла и не может рассеивать тепло до тех пор, пока он не изменит состояние пластика с твердого на жидкое. При небольшом надавливании две части сливаются вместе, как если бы они были единым куском пластика. Как только ультразвуковой сигнал прекращается, детали снова становятся твердыми. Это магия, которая создает чистый и очень прочный сварной шов между двумя частями.Сварной шов будет иметь прочность, близкую к прочности исходных материалов, формируемых вместе в процессе литья под давлением.

Давайте немного покопаемся, чтобы увидеть, как выглядит каждый шаг! Мы поговорим о том, как работает этот процесс, каковы его преимущества и недостатки, а также о том, как спроектировать пластиковые соединения, чтобы максимально использовать эту технологию.

 

Основы ультразвуковой сварки

Шаг 1 — Детали приспособления

Две детали из термопластика, которые необходимо собрать, помещаются вместе, одна поверх другой, в опорное гнездо, называемое приспособлением.

Шаг 2 — контакт звукового сигнала

Компонент из титана или алюминия, называемый рупором, контактирует с верхней пластиковой частью.

Этап 3 — Приложено давление

К деталям прикладывается контролируемое давление, которое прижимает их к приспособлению.

Шаг 4 – Время сварки

Рупор вибрирует вертикально 20 000 (20 кГц) или 40 000 (40 кГц) раз в секунду в течение точного времени, также называемого временем сварки.Различные части деталей точно спроектированы таким образом, чтобы энергия направлялась в определенные точки контакта между двумя частями.

Механические вибрации передаются через термопластичные материалы на поверхность соединения, создавая тепло от трения. Когда температура на границе стыка достигает точки плавления, пластик плавится и течет, а вибрация прекращается. Это позволяет расплавленному пластику начать остывать.

Шаг 5 – Время удержания

Усилие зажима поддерживается в течение заданного периода времени, чтобы обеспечить сплавление деталей по мере охлаждения и затвердевания расплавленного пластика.Это известно как время удержания. Улучшенная прочность соединения и герметичность могут быть достигнуты за счет приложения более высокой силы во время выдержки. Это достигается с помощью двойного давления в различные моменты времени выдержки.

Этап 6 — Звуковой сигнал втягивается

После затвердевания расплавленного пластика зажим снимается, а рупор убирается. Две пластиковые детали теперь соединены, как будто отлиты вместе, и снимаются с приспособления как одна деталь.

Ультразвуковая сварка для сборки пластмасс — это быстрый, чистый, эффективный и воспроизводимый процесс, потребляющий 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
• Давление сварочной головки
• Время сварки
• Время удержания

Регулировка должна быть точной.Если частота слишком высока или время подачи сигнала слишком велико, пластик может легко деформироваться за пределами границ точек соединения. Если приложенная энергия слишком слаба, то образуется плохое соединение.

 

Преимущества и недостатки:

Преимущества ультразвуковой сварки пластмасс

Технология ультразвуковой сварки отличается высокой скоростью сварки, высокой прочностью сварки и хорошей герметичностью. Это подходящая замена традиционным процессам сварки/склеивания.Процесс является чистым, поскольку в нем не используются вредные растворители или клеи, а также не повреждается продукт. Эта технология также легко внедряется в производственный процесс и имеет низкий уровень брака. В качестве бонуса все эти преимущества помогают снизить производственные затраты.

Недостатки ультразвуковой сварки пластмасс

При увеличении толщины и твердости пластиковых деталей мощность, необходимая для сварки, увеличивается экспоненциально в зависимости от параметров пластика. Это увеличивает стоимость изготовления ультразвукового сварочного аппарата.Если потребляемая мощность слишком велика, проектирование и изготовление акустической системы, а также технологические эффекты приведут к ряду трудноразрешимых проблем. Таким образом, эта технология обычно ограничивается тонкими деталями, такими как проволока, фольга и листы. Состояние этой технологии ограничивает форму соединения системы ультразвуковой сварки соединениями внахлестку и ограничено головкой инструмента. Детали могут выступать только в пределах допустимого диапазона размеров сварочной системы. Форма сварного соединения и размерный ряд ограничены.

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

Области применения

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

Ультразвуковая сварка пластмасс в ограниченных пределах может использоваться для соединения двух различных термопластов (аморфных пластиков).Ультразвуковая сварка не подходит для термореактивных пластиков. Сегодня ультразвуковая сварка используется во всех отраслях промышленности, где перерабатываются пластмассы. Чаще всего они используются в автомобильной, медицинской, текстильной, пищевой, пластмассовой и упаковочной отраслях.

Как мне начать?

NexPCB предлагает эту технологию как часть наших полных предложений «под ключ». Если вы ищете этот тип приложения для своих текущих или новых проектов, вы можете перейти к нашему запросу проекта, чтобы представить свои проекты.Наша команда опытных инженеров-механиков оценит ваш проект и сообщит вам, подходит ли эта технология для вашего проекта!

Введение в ультразвуковую сварку пластмасс — Crafttech Industries — High-Performance Plastics

Ультразвуковая сварка — это метод соединения двух деталей, изготовленных из одного и того же или химически совместимых материалов с использованием высокочастотных ультразвуковых колебаний, которые создают твердое состояние сварить между ними. Преимущество использования этой техники с пластмассами заключается в том, что в течение нескольких секунд образуется высокопрочное, газо- и водонепроницаемое соединение без винтов, клея, резьбы, припоя или любого другого связующего материала.Сваренные детали не нужно оставлять в приспособлении для отверждения, что делает их сразу же пригодными для использования в линии автоматизации. Ультразвуковая сварка пластмасс — это экологически чистый процесс, потребляющий очень мало энергии и обеспечивающий экономичный, прочный и чистый шов. Этот процесс используется в электротехнической, компьютерной, автомобильной, аэрокосмической, медицинской и упаковочной отраслях, и это лишь некоторые из них.

Ультразвуковой сварочный аппарат состоит из преобразователя в сборе, называемого пакетом.   Он состоит из трех компонентов: сонотрода, усилителя и сварочного рожка. Сонотрод является источником вибрации. Внутри него находятся пьезоэлектрические керамические диски, зажатые вокруг металлических пластин, плотно прижатых к титановому цилиндру. Затем к нему по кабелю подается электричество высокой частоты от силового модуля системы. Поскольку это не создает достаточной вибрации, чтобы получить температуру расплава для большинства термопластичных смол, усилитель используется для усиления входных вибраций до соотношения, необходимого для процесса сварки.Сварной рожок передает энергию вибрации термопластичным заготовкам. Сварной рожок спроектирован так, чтобы соответствовать контурам конкретных заготовок. Он ослабляет вибрацию до определенного значения и прикладывает силы, необходимые для работы процесса.

Этот процесс сварки зависит от того, что используемые пластики размягчаются, но не плавятся, поэтому он лучше всего подходит для термопластов, а не термореактивных полимеров.  Большинство термопластов имеют аморфную структуру с некоторой степенью кристалличности, что означает, что некоторые области имеют упорядоченную структуру.Термопласты размягчаются в широком диапазоне температур и имеют температуру стеклования. Термореактивные полимеры являются кристаллическими и имеют определенную температуру плавления. Кристаллический полимер будет оставаться твердым до тех пор, пока не достигнет точки плавления, а затем сразу расплавится. Аморфные термопласты также имеют более низкий удельный вес, более низкую прочность на растяжение и модуль упругости при растяжении, более высокую пластичность и ударную вязкость, а также более низкое сопротивление ползучести по сравнению с большинством кристаллических полимеров. Например, АБС, акрил, поликарбонат и ПВХ представляют собой аморфные полимеры с небольшой кристаллической структурой или без нее.Эти пластмассы хорошо подходят для ультразвуковой сварки. Ультразвуковая сварка двух деталей, изготовленных из одного и того же пластика, обычно дает наилучший результат. Однако в некоторых случаях два разных термопласта можно сваривать с помощью ультразвука, например, когда материалы химически совместимы и имеют одинаковые температуры плавления. Одной из лучших комбинаций пластмасс для такого вида сварки является АБС и акрил.

Полимеры, такие как PE, PP, PE и PIA, являются кристаллическими и имеют тенденцию поглощать вибрации до того, как энергия ультразвукового сварочного аппарата сможет пройти к месту сварки.Поэтому трудно соединить любой из них, используя этот вид сварки. Одной из наиболее часто запрашиваемых комбинаций является полиэтилен и полипропилен, но они оба являются кристаллическими и химически несовместимыми.

Звуковая сварка используется для изготовления бутановых зажигалок, игрушек, пипеток и внутривенных катетеров. Верхняя часть спортивной обуви часто изготавливается с использованием ультразвуковой сварки, а не сшивания или склеивания. Процесс производства бытовой техники требует соединения множества пластиковых деталей.Примеры этого процесса включают экран дисплея на передней панели стиральной машины и две половины насосного колеса. В автомобильной промышленности ультразвуковая сварка используется в сотнях случаев, включая сварку частей задних фонарей, комбинации приборов и бамперов. Были сообщения о том, что Apple хочет использовать эту технику для изготовления своих наушников, успешно применив этот процесс в некоторых других своих продуктах. Это придаст наушникам более обтекаемый вид.

Ищете другие способы склеивания различных пластиков? Ознакомьтесь с нашим бесплатным руководством по склеиванию пластика!

 

Сварка пластика ультразвуком | TELSONIC Ultrasonics

Общее описание

Технология ультразвуковой сварки пластмасс считается частью процессов сварки расплавом. Процесс основан на преобразовании энергии трения и вибрации в тепловую. С помощью сварочного инструмента, называемого сонотродом, высокочастотные колебания, генерируемые ультразвуковой системой, в сочетании с давлением передаются на соединяемые детали, что приводит к относительным вибрациям в зоне соединения.Микрорасплав, образующийся в результате теплоты трения, представляет собой вибрационный барьер, который вызывает поглощение энергии вибрации и ее преобразование в тепло, которое затем вызывает плавление контура сварного шва за доли секунды и, таким образом, образование молекулярного соединения. Как правило, свариваемые пластмассовые детали должны иметь контур сварки, соответствующий типу материала и требованиям к сварному шву. При герметизации с помощью ультразвуковой технологии необходимое тепло вырабатывается исключительно внутри термопластичного герметизирующего слоя.Контуры фокусируют входную энергию и приводят к очень короткому времени запечатывания. Во время ультразвуковой сварки внутри фольги выделяется тепло. Это означает, что подвод тепла извне не требуется. Инструменты, используемые в процессе сварки, остаются холодными. Вклад тепловой энергии в продукт очень мал. Температурный обмен между подложкой и герметизирующим слоем происходит очень быстро. Это приводит к очень хорошей прочности горячего шва.

Продольный метод

Это наиболее распространенный ультразвуковой метод сварки пластиковых деталей.Как правило, вся сварочная система располагается вертикально. Вибрации прикладываются к соединительным элементам вертикально; сварочное давление создается цилиндром, который толкает всю систему вдоль оси сварки к верхнему соединительному элементу.

Торсионный метод

Здесь система также в основном расположена вертикально, но на этот раз процесс совершенно другой. Этот метод является разновидностью высокочастотной сварки трением. Вибрации применяются тангенциально: сонотрод перемещает верхний соединительный элемент горизонтально по отношению к нижнему соединительному элементу.Трение приводит к расплавлению двух соединительных деталей благодаря высокой частоте вибрации (20 кГц), амплитуде и давлению.
Из-за тангенциального движения верхнего соединительного элемента нижний соединительный элемент практически не подвергается воздействию ультразвука. Таким образом, этот метод особенно подходит для случаев, когда нежелательны дополнительные вибрации в непосредственной близости от ультразвуковой сварки из-за риска повреждения, например, чувствительные детали, фольга, ткани, тонкие литые компоненты (прессованные пружины, мелкие сетки), электроника.При определенных обстоятельствах этот метод можно использовать для соединения различных пластиков.

Области применения

Ультразвуковая сварка пластика подходит практически для всех термопластов. При планировании сварных швов между деталями из полукристаллического пластика важно помнить, что поведение при сварке этих пластиков значительно отличается от поведения аморфных пластиков. Продольный и торсионный методы производят очень разные сварные швы.

Ультразвуковая сварка пластмасс в ограниченных пределах может использоваться для соединения двух различных термопластов (аморфных пластиков).Ультразвуковая сварка не подходит для термореактивных пластмасс.
Сегодня ультразвуковая сварка используется во всех отраслях промышленности, где перерабатываются пластмассы.

Пособие клиентов

• Идеальный процесс для индивидуальных приложений (продольный или крутильный процесс)
• Инновации “Корпоративная сварка”
• Высокая скорость процесса
• Высокое и последовательное качество через текущий контроль процесса
• Надежное соединение
• Утечка -герметичные соединения даже с остатками продуктов 

Промышленность

 

 

Ультразвуковая сварка — обзор

13.4.1 Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка стала общепринятым методом соединения относительно небольших пластиковых деталей большого объема. В этом процессе ультразвуковой генератор используется для создания колебаний одной подложки относительно неподвижной второй подложки. Это, в свою очередь, вызывает интенсивный фрикционный нагрев между двумя подложками, которого достаточно для быстрого образования расплавленной зоны сварки. При давлении и последующем охлаждении можно получить прочную связь. Основные части стандартного устройства для ультразвуковой сварки показаны на рисунке 13.6.

Рисунок 13.6. Оборудование, используемое в стандартном процессе ультразвуковой сварки.

Из Гримма (1995).

Процесс ультразвуковой сварки состоит из четырех этапов. В фазе 1 рупор соприкасается с подложкой, прикладывается давление и начинается вибрационное движение. Выделение тепла из-за трения расплавляет точки непосредственного контакта, и расплавленный материал перетекает в поверхность соединения. На этапе 2 скорость плавления увеличивается, что приводит к увеличению смещения сварного шва и полному смыканию поверхностей деталей.Стационарное плавление происходит в фазе 3, так как в сварном шве поддерживается постоянная толщина слоя расплава. В фазе 4, фазе выдержки, вибрация прекращается, достигается максимальное смещение и возникает высокая прочность соединения по мере остывания и затвердевания сварного шва.

В процессе ультразвуковой сварки материал подается между вибрирующим ультразвуковым излучателем и неподвижной наковальней (режим погружения) или движущимся колесом (режим вращения). Высокочастотные механические вибрации (20–40 кГц) передаются через подложку для создания теплоты трения, накапливаемой на поверхности соединения, и для достижения температуры, достаточной для расплавления и соединения материалов.Поскольку тепло, необходимое для склеивания, производится на границе раздела, а не снаружи материалов, и передается к стыку посредством теплопроводности, процесс ультразвуковой сварки начинается именно на границе раздела, и тепловая деструкция волокон сводится к минимуму.

Ультразвуковые рожки могут различаться по размеру, максимум примерно до 24 см на 4 см, если они прямоугольные, или около 9 см в диаметре, если они круглые. Фактическая форма рупора зависит от конкретной операции сварки, которую необходимо выполнить. Одним из преимуществ ультразвуковой сварки является то, что тот же процесс может включать в себя ультразвуковую режущую кромку, позволяющую выполнять обработку «разрезать и сшить».

Технология ультразвуковой сварки вошла в швейное производство как передовой метод соединения синтетических материалов и смесей для получения непрерывных непроницаемых швов или локализованных точек соединения. Типичными применениями ультразвуковой сварки являются нанесение мотивов на одежду, отверждение и запечатывание лент и ремешков по длине, а также придание формы небольшим деталям одежды, шитье которых в противном случае было бы дорогостоящим и трудоемким.

Ткани могут быть 100% синтетическими или смесовыми с содержанием натуральных волокон до 40%.Для несинтетических тканей или смесей с содержанием натуральных волокон более 40 % термоактивируемые материалы (термопластичные клейкие пленки или тканевые покрытия) помещают между двумя кусками ткани. Материал должен иметь одинаковую толщину, плотность пряжи, плотность переплетения, эластичность основы и стиль вязания, которые являются факторами, влияющими на способность к сварке. Различные ткани, которые можно соединять ультразвуковой сваркой, показаны в таблице 13.15.

Таблица 13.15. Ткани, которые можно присоединиться к ультразвуковой сварке

9 9029 6 9029 9029 9029 9029 9029

			Подгруппа ткани	Пригодность ультразвуковой сварки			Комментарии
				Да	Некоторые случаи	№
Natural
хлопок	тканые, вязаные, флис, нетканые		x
тканые, вязаные, флис, нетканые					требуют клей фильма
Silk	тканые, трикотажные, флис, нетканые		x		Требуется клейкая пленка
стекло	Тканый, трикотажный		x		R Уравновешивает клейкий фильм
	из углерода	, вязаный	Сварка, но связь требует клейкой пленки
• Ацетат	• Ацетат	Whate, вязаный, флис, нетканые	x	029 9029 9029	тканые, вязаные, флис, нетканые				требуют клейкой пленки
NYLON	сплетенные, вязаные, флис, нетканые				с или без клейкой пленки
полиэстер	Ткань, трикотаж, флис, нетканый материал	x					с клейкой пленки
полипропилен	тканые, вязаные, флис, нетканый	x			с клейкой пленки
		9				без клеевой пленки
• Полиуретан		99936					без клейкой пленки
• Поливинилхлорид			х		Сварка ингибируется пластификаторов
• политетрафторэтилена			х		Спрей пальто может быть приварена, толстых пленок нужна пленка межслойного
ламинированная			х		Предпочтительно с пленочной прокладкой ER
эластичные ткани							x				с эластичной пленки 4
натуральные синтетические смеси		9		x

От Джонса (2013).

Несколько компаний производят автоматизированное ультразвуковое сварочное оборудование для швейной промышленности. Например, швейцарский производитель Schips (www.schips.com) представил несколько ультразвуковых машин для подшивки швов, непрерывной сборки двух тканей с помощью липкой ленты и приварки сложенной резинки к ткани одежды. Компания PFAFF (www.pfaff.com) разработала ультразвуковое оборудование для резки и сшивания.

Trinetics запускает новую машину для ультразвуковой сварки пластмасс –

Компания Trinetics Group, специализирующаяся на сварке пластмасс и металлов, из США представила новую модель своего ультразвукового сварочного аппарата серии 3000 — TRI1500i.

В настольном аппарате мощностью 1500 Вт используется приемопередатчик 20 кГц и регуляторы частоты, что позволяет точно настраивать волновой звук в зоне сварки, упрощает переналадку и избавляет от необходимости хранить несколько дорогостоящих запасных блоков усилителей.

Новая машина может соединять два одинаковых или разных материала без звука, слышимого человеком, благодаря высокой частоте 20 кГц. Это позволяет клиентам отказаться от едких химических клеев, припоев или наполнителей, которые выделяют вредные пары.

Продукт может использоваться для сварки пластика или металла, включая термофиксацию, вставку металлических предметов в пластик, изготовление пакетов, запечатывание пищевых продуктов, упаковку, медицинские устройства, инструменты, игрушки, одежду, бытовую технику, электронную упаковку и автомобили, среди прочего.

Компания предоставила ультразвуковые сварочные аппараты для пластмасс с опционом на финансирование в размере 300 долларов в месяц.

Данные, идеи и анализ доставлены вам Просмотреть все информационные бюллетени От команды Packaging Gateway Подпишитесь на наши информационные бюллетени Подпишите здесь

Trinetics занимается проектированием и производством машин для сварки пластмасс и металлов, контактных или бесконтактных инфракрасных сварочных аппаратов с горячей пластиной, вращающихся сварочных аппаратов с вибрацией парика при сварке и термофиксацией, а также машин для вставки.

Контент от наших партнеров

---

Изображение: новая машина для ультразвуковой сварки пластика серии 3000 компании Trinetics. Фото: предоставлено Trinetics Group, Inc.

Связанные компании

ФАСА АВ

Высококачественные решения для дозирования и упаковки для молочной промышленности

Глобальные данные

Мы охватываем весь спектр системы ценностей упаковки, от поставщиков, производителей и каналов сбыта, до идей и тенденций по всему миру.

Основы ультразвуковой сварки пластмасс

Дональд Р. Паттен
Менеджер приложений,
Пластмассы Stapla Ultrasonics Corp.
Уилмингтон, Массачусетс,

Показанный актуатор используется для полуавтоматической или полностью автоматизированной сварки пластмасс с ЧПУ и включает в себя преобразователь и усилительный рупор.

Модульная прессовая система для ручной ультразвуковой сварки пластмасс включает в себя ультразвуковой сварочный привод, станину, основание и контроллер.

За последние два десятилетия произошли существенные улучшения в ультразвуковых машинах для сварки пластмасс. Настольные модели оснащены пропорциональными клапанами управления, линейными энкодерами, регулятором сетевого напряжения, внутренними функциями управления технологическим процессом и т. д.Эти достижения позволяют OEM-производителям повышать производительность и эффективность сварочных аппаратов, которые являются более надежными, простыми в использовании и имеют высокоинтегрированные средства калибровки и управления процессом.

Полезно понимать функции компонентов ультразвукового сварочного аппарата и принцип работы системы. Это помогает оптимизировать процесс определения наилучшего метода сварки для каждого применения.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
В основе ультразвуковых машин для сварки пластмасс лежит узел преобразователя, который часто называют «стеком».” Пакет обычно состоит из трех компонентов: преобразователя, усилителя и сварочного рожка. Эти части соединяются вместе при определенном значении крутящего момента и функционируют как резонирующий или вибрирующий инструмент.

Преобразователь является источником вибрации. Внутри преобразователя находятся пьезоэлектрические керамические диски, зажатые вокруг металлических пластин. Они с большой силой прижимаются к тщательно разработанному титановому цилиндру. Генератор подает высокочастотную электрическую энергию на модуль питания системы.Кабель подает питание на преобразователь, а пьезоэлектрическая керамика расширяется и сжимается в ответ на синусоидальный высокочастотный электрический сигнал. Титановый цилиндр передает эту механическую вибрацию остальным компонентам стека.

Вибрации, создаваемые преобразователем, составляют примерно 9 мм от нуля до пика. Этой полезной вибрации недостаточно для получения температуры плавления большинства термопластичных смол. Бустер усиливает входную вибрацию, усиливая вибрацию в соответствии с коэффициентом, определяемым конструкцией бустера.Например, при использовании бустера 1:2.0 9-метровый вход даст измеримую выходную вибрацию 18 м в конце сегмента бустера.

Сварочный рожок передает генерируемую энергию термопластичным заготовкам. Форма рупора соответствует контурам заготовки. Он ослабляет вибрацию, создаваемую усилителем, до определенного значения и прикладывает усилия, необходимые для работы процесса. Сварочный рожок и усилитель рассчитаны на осевую вибрацию на частоте, с которой сигнал генератора колеблется в преобразователе.

Возникающая в результате механическая вибрация инициирует расплав на границе раздела двух термопластичных компонентов. Термин, используемый для описания количества вибрации в ультразвуковом блоке, называется «амплитуда». Каждый термопласт будет иметь определенный диапазон амплитуд, который эффективно инициирует плавление. Правильный преобразователь, усилитель и правильно спроектированный сварочный рупор — все это ключ к получению амплитуды, необходимой для конкретного приложения. Амплитуды за пределами допустимого диапазона могут привести к ухудшению связи или полному разрушению материалов.

Метод проб и ошибок — один из способов определения наиболее эффективной амплитуды термопласта. Но у большинства поставщиков ультразвуковых сварочных аппаратов есть амплитудные данные для широкого спектра термопластов. Например, для поликарбоната требуется амплитуда от 18 до 22 м (от 0 до пика). Однако на необходимую амплитуду влияют и другие факторы. Они могут включать в себя размер пластиковых компонентов, смещение от конца сварочного патрубка до поверхности раздела между двумя пластиковыми компонентами и добавки в пластиковую смолу.

ПЕРЕДОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Машины для сварки пластмасс имеют множество настроек, которые регулируют амплитуду, усилие и экспозицию. Эти три фактора взаимодействуют и влияют на успех или неудачу процесса плавления пластика или сварки. Расплавление пластмассы происходит, когда материал на границе раздела «деталь-деталь» плавится, а детали соединяются с необходимой прочностью и герметичностью, предъявляемыми к сборке.

Амплитуда — это выражение величины расширения на конце сварочного патрубка из статического положения, измеренное в микронах.Его можно установить как процентное значение, как параметр процесса или как относительное положение горшка. Внешне он измеряется в микронах (от 0 до пика или от пика к пику) или в виде десятичного значения дюйма. Для большинства термопластичных смол эмпирические данные предполагают диапазон амплитуды, который должен присутствовать на конце сварочного рожка, чтобы обеспечить «нормальный» процесс сварки. Например, для процесса ультразвуковой сварки с частотой 20 кГц для полистирола (PS) требуется от 15 до 20 м (от 0 до пика), а для полиэтилена высокой плотности (HDPE) требуется от 45 до 50 м (от 0 до пика).

Сила — это фактическая сила, приложенная к деталям, измеряемая в ньютонах или фунтах силы (фунт-сила). Величина усилия, необходимая для «нормального» процесса сварки, в первую очередь зависит от размера деталей. Как правило, около 1 фунт-силы дает 1 погонный миллиметр энергии, направленной на границу раздела между деталями. Например, для сборки диаметром 1,5 дюйма требуется усилие сварки около 120 фунтов силы. В зависимости от оборудования единицей измерения силы может быть фунт на квадратный дюйм, бар, фунт-сила или ньютон (Н).Наконец, экспозиция может быть значением времени, значением расстояния в стандартных или метрических единицах или мощностью в ваттах, джоулях или ваттах в секунду.

Воздействие — это продолжительность приложения вибрации и силы, измеряемая в секундах.

Достижения в ультразвуковой пластиковой технологии затрагивают каждую из этих переменных.

Стабилизация сетевого напряжения Достижения в генераторах и силовых модулях гарантируют, что высокочастотный сигнал, подаваемый на преобразователь, создает выходную амплитуду, которая находится в строго контролируемых пределах.Это очень важно для процесса сварки. Амплитуда является основным параметром, который делает процесс сварки эффективным. Компоненты усилителя и сварочного рожка являются просто реактивными сегментами формы сигнала сжатия в стеке. Поэтому входная амплитуда преобразователя должна быть правильной, чтобы получить целевую амплитуду на конце сварочного рожка.

Амплитуда системы нуждается в калибровке для поддержания качества и согласованности сварки. Пользователям следует помнить, что каждый преобразователь изготавливается в строгом соответствии со спецификацией.Выходная амплитуда любого преобразователя будет соответствовать спецификации, независимо от генератора, к которому он подключен. Это позволяет установить проверенный процесс на одном компьютере, возможно, в лаборатории исследований и разработок. Затем процесс можно перенести на другую машину — например, на другое производственное предприятие — с высокой степенью уверенности в производительности.

Блоки пропорциональных клапанов управляют пневматической системой машины для сварки пластмасс. Таким образом, они динамически контролируют силы на протяжении всего процесса сварки пластика.Амплитуда и сила интерактивны. Амплитуда описывает форму волны сжатия, воздействующую на заготовку. Сила описывает метод передачи вибрации на заготовку. Управляющие напряжения пропорционального клапана откалиброваны. Эта калибровка позволяет числовому значению параметров сварки, таких как усилие срабатывания, усилие сварки или удерживающее усилие, представить фактическое приложенное усилие.

Кроме того, датчик давления в системе пропорциональных клапанов обеспечивает регулирование давления в приводном цилиндре по замкнутому контуру.Это устраняет колебания давления входящего воздуха. Калибровка системы позволяет реализовать проверенные параметры процесса на нескольких машинах. На самом деле, может быть высокий уровень достоверности для протоколов проверки процесса, выполненных с помощью ультразвуковых машин для сварки пластмасс, которые имеют откалиброванную амплитуду и усилие.

Выдержка задается методом сварки и является фактором, отключающим силовой модуль. Четыре стандартных метода сварки: время, энергия, относительное расстояние и абсолютное расстояние.Конечно, разные производители оборудования для ультразвуковой сварки пластмасс могут использовать несколько разные термины для этих методов; например, можно использовать термин «коллапс» для обозначения относительного расстояния.

Пластмассовые сборки, специально разработанные для ультразвуковой сварки, имеют геометрию на границе раздела между двумя или более компонентами, которая помогает инициировать плавление пластика в зоне сварного соединения. Эти геометрические формы основаны на стандартных критериях проектирования соединений. Они представляют собой объем пластика, который необходимо расплавить.По мере того, как пластик плавится и течет внутри соединения, сварщик может контролировать расстояние сварки или разрушение. Это расстояние сильно коррелирует с прочностью сварного соединения.

Для некоторых сборок требуются жесткие допуски на общую длину (OAL) готовой детали. Схемы экспозиции, основанные на абсолютном расстоянии, остановят процесс сварки, когда увидят значение OAL. Иногда производительность или время сварки на полностью автоматизированной сборочной линии важнее, чем оптимизация прочности сварного соединения.В этой ситуации время является предпочтительным методом сварки.

Многие системы также предлагают энергию в качестве метода сварки. Они используют определенное значение энергии, рассчитанное силовым модулем. Обратите внимание, что это значение энергии представляет собой количество энергии, используемой для поддержания выходной амплитуды преобразователя. Динамика инициирования и поддержания расплава пластика в области конструкции соединения влияет на то, сколько энергии требуется преобразователю. Но другие переменные процесса также могут влиять на значения мощности и энергии. Иногда значение энергии коррелирует с хорошим сварным швом.Однако общепринятой практикой является принятие решения о методе сварки на основании данных испытаний сварки, которые проводит поставщик сварочного оборудования.

ГДЕ ВОЗМОЖНА УЛЬТРАЗВУКОВАЯ СВАРКА

Контрольный список может помочь решить, подходит ли сварка пластика. В случае сомнений обратитесь за консультацией к поставщику сварочного оборудования.

1. Проверьте спецификацию(и) материала: Является ли материал термопластичной смолой? Если в сборке используются две разные смолы, совместимы ли они?
2. Найдите требуемую амплитуду на основе аналогичных приложений.
3. Оцените форму или конструкцию сварочного патрубка: на основе существующих сварочных патрубков. Существуют ли надежные конструкции сварочных рожков, подходящие для ваших заготовок?
4. Максимальная амплитуда: Предлагает ли система сварки пластика параметр амплитуды в процентах? Можно ли достичь требуемой амплитуды?
5. Проверьте правильность конструкции соединения. Подумайте, нужно ли «герметическое» уплотнение. Также оцените требования к прочности соединения, критерии внешнего вида, геометрию детали, возможности обработки или литья, а также ограничения параметров сварки.
6. Изготовьте образцы: проведите пробную сварку с использованием деталей-прототипов и существующих инструментов, чтобы получить уверенность в окончательном процессе на ранних этапах цикла разработки продукта. Проверьте процесс с помощью дизайна экспериментов, подтвердите процесс и запустите его в производство.

Одной из областей, которая иногда упускается из виду, является то, как уровень технологии сборки соответствует требованиям производства и качества. Например, продукты с высокой ответственностью на последующих этапах и требующие утвержденных процессов, регулируемых на федеральном уровне, имеют особые потребности.Для них требуются ультразвуковые машины для сварки пластмасс с откалиброванными амплитудными и силовыми функциями. Доступны многочисленные ресурсы, помогающие понять технологию ультразвуковой сварки пластмасс. Технические мастер-классы или семинары, проводимые поставщиками оборудования для ультразвуковой сварки пластмасс, являются хорошей отправной точкой. Темы могут быть посвящены тому, как работает процесс, оборудованию, правильному использованию материалов и конструкции соединений, а также функциям машины, которые контролируют процесс и сообщают о данных процесса сварки.

КОНТАКТ:
Stapla Ultra Sonics Corp.,
(978) 658-9400, www.staplaultrasonics.com

Как улучшить ультразвуковую сварку пластмасс

Том Гувер (Tom Hoover), старший менеджер по развитию медицинского бизнеса в Северной и Южной Америке, сборочные технологии, глобальной технологической и производственной компании Emerson, , рассказывает о последних достижениях в области ультразвуковой сварки и исследует, как удовлетворить потребности сектора медицинского оборудования.

Последние достижения в области ультразвуковой сварки медицинских устройств обусловлены необходимостью сборки пластиковых деталей, которые, как правило, меньше по размеру и легче по весу, имеют более тонкие стенки и часто имеют более контурную форму, чем в прошлом.Все большее число этих деталей также содержит встроенную электронику и датчики, которые требуют особого внимания в процессе ультразвуковой сварки.

Удовлетворение потребности отрасли медицинского оборудования в воспроизводимых, прочных и однородных сварных швах для этих небольших и более хрупких компонентов потребовало разработки усовершенствованной технологии ультразвуковой сварки. Возможно, самым важным недавним усовершенствованием стала разработка новых, более точных методов управления силой. Это потребовало ряда изменений в ультразвуковом сварочном приводе и его микропроцессорном управлении.

Чтобы добиться более высоких и точных уровней контроля усилия, разработчики технологии ультразвуковой сварки Branson учитывали не только возможности пневматических приводов, которые остаются отраслевым стандартом, но и быстро развивающиеся возможности сервоуправления и технологии.

Их решением стала новая электромеханическая система активации, недавно представленная в сварочных аппаратах Branson GSX от Emerson. Ключевым свойством этой новой сварочной платформы и ее усовершенствованной системы срабатывания является существенно более точное и быстрое управление усилием на протяжении всего процесса сварки.Прижимная сила необходима для поддержания контакта рупора с деталью и обеспечения плавной и эффективной передачи ультразвуковой энергии на сопрягаемые детали. Более быстрое и точное управление прижимной силой имеет важное значение для качества сварки.

Роль контроля силы сварки

Для заданного набора параметров сварки изменения в управлении усилием, которые приводят к приложению слишком малого усилия, уменьшают сжатие сопрягаемых поверхностей, уменьшают тепловыделение, необходимое для расплавления пластика, и приводят к получению холодных или более слабых сварных швов.Точно так же изменения силы, которые приводят к приложению слишком большого усилия, могут вызвать деформацию, отклонение или поломку соединений деталей или направляющих энергии и могут не дать достаточно времени для надлежащего течения расплава и запутывания полимера.

Применение нужного усилия в нужное время приводит к получению качественных сварных швов с неизменно стабильными характеристиками и прочностью. Идеальный контроль усилия требует быстрых динамических изменений силы зажима/скорости опускания, применяемых приводом после расплавления пластика.Эта регулировка, называемая «динамическим продолжением», позволяет каждому циклу сварки адаптироваться к различиям между деталями и другим факторам, таким как тип пластика, тип соединения и геометрия детали.

По мере увеличения скорости и точности контроля усилия и динамического сопровождения следуют прочность, качество и постоянство сварных швов пластмасс. Например, самая большая «тяговая сила» для сварного шва детали возникает из-за контролируемого профиля силы, который обеспечивает полное и случайное запутывание полимерной цепи, что делает сварной шов таким же прочным, как основной материал (как показано на рисунке 1).

Как видно на крайнем правом рисунке на рис. 1, идеальное управление силой регулирует прижимную силу через миллисекунды после расплавления, позволяя полимерным цепям проходить вертикально через поверхность контакта детали и переплетаться друг с другом по линии соединения по мере расплавления и сжатия перед охлаждением. Напротив, более слабые сварные швы, характеризующиеся частичным запутыванием полимерных цепей или его отсутствием, демонстрируют полимерные цепи, которые собираются параллельно линии соединения, не запутываясь на границе раздела деталей. Сварной шов в центре показывает влияние неадекватного контроля силы, в то время как «холодный» шов слева может быть вызван слишком малой или слишком большой прижимной силой за слишком короткое время сварки.

Более последовательное и полное запутывание полимерных цепей и более прочные сварные швы являются прямым результатом технических улучшений в управлении усилием. Благодаря очень быстрому выравниванию даже небольших изменений усилия система управления процессом и исполнительный механизм в сварочном аппарате GSX обеспечивают более постоянный контакт рупора с деталью и позволяют выполнять параметры сварки гораздо точнее и бережнее. Таким образом, даже для трудносвариваемых форм и небольших или хрупких деталей он может обеспечить превосходное качество сварки и повышенную производительность, характеризующуюся равномерной и постоянной глубиной разрушения сварного шва с минимальным облоем или маркировкой деталей.

Результаты улучшенного контроля усилия

В ходе серии лабораторных испытаний и испытаний заказчиков усовершенствованные средства управления технологическим процессом и электромеханический привод в сварочном аппарате GSX-E1, как сообщается, постоянно превосходили сварочные аппараты с пневматическим приводом, что позволило новейшей ультразвуковой сварочной платформе:

• Производите сварные детали с более постоянным и воспроизводимым уровнем прочности. При прямом сравнении производительности сварки идентичных деталей GSX-E1 сравнивался с превосходным устаревшим сварочным аппаратом с пневматическим приводом.Результаты показали, что в то время как оба сварщика производили прочные сварные швы, GSX-E1 был способен изготавливать детали с еще более высокой средней прочностью на разрыв и более стабильными и воспроизводимыми уровнями разрывного усилия (например, более низкое стандартное отклонение в результатах), а также физическими характеристиками. которые более точно соответствовали исходному материалу.

• Изменение прижимной силы на сварной шов в течение миллисекунд по мере расплавления отдельных деталей, что приводит к более точному замкнутому контуру управления выделением и рассеиванием тепла, глубиной разрушения сварного шва и качеством сварного шва. В другом примере клиент оценил производительность сварочного аппарата GSX-E1, когда его устаревший сварочный аппарат с пневматическим приводом не смог изменить прижимную силу сварки достаточно быстро, чтобы избежать образования пузырей в зоне сварки между двумя поликарбонатными деталями. Результатом стал неприемлемый уровень брака деталей. Заказчик обнаружил, что более быстрое и точное действие электромеханического привода и управления на Branson GSX-E1 устранило пузыри, обеспечивая неизменно высокое качество сварных швов при одновременном сокращении времени цикла сварки, пиковой потребляемой мощности и общего энергопотребления сварки.

• Повторяемость GSX-E1 для нескольких сварочных аппаратов. Заказчику с низким усилием зажима сварного шва (~40 Н) требовалась спецификация испытаний на крутящий момент для их сварных деталей, поддерживающая диапазон значений крутящего момента от 0,2 Нм до 0,65 Нм для нескольких сварочных аппаратов. Их испытания со сварочными аппаратами GSX-E1 превзошли требования, удерживая значения крутящего момента в пределах номинального диапазона примерно 0,2 Нм при выполнении 50 сварных швов производственного качества — подвиг, невозможный для ультразвукового сварочного аппарата с пневматическим приводом заказчика.
• Завершите сварку сложных деталей с исключительной стабильностью. Возможности управления усилием GSX-E1 также были проверены при работе с длинными, тонкими и тонкостенными деталями. В одном случае клиент, использующий ультразвуковой сварочный аппарат с сервоприводом от конкурентов, изо всех сил пытался стабильно выполнять сварные швы с высокой прочностью на разрыв (> 80 фунтов) на деталях с очень тонким (~ 0,5 мм) пластическим соединением при сдвиге. В ходе расширенных производственных испытаний с GSX-E1, работающим со скоростью 500 деталей в час, было изготовлено 3000 деталей со средним усилием разрыва 152 фунта (почти вдвое больше, чем требовалось заказчику).Кроме того, GSX-E1 производил 100% качественные детали — нулевой брак — выход, которого заказчик не мог достичь ни с конкурирующим ультразвуковым сварочным аппаратом с сервоприводом, ни с собственным ультразвуковым сварочным аппаратом с пневматическим приводом.

В другом примере, на этот раз связанном со сваркой в ​​дальней зоне длинной тонкой (толщина стенки 0,070 дюйма) трубы со сдвиговым соединением с формованным основанием, заказчик мог производить прочные сварные швы с помощью своего старого сварочного аппарата, но иногда качество проблемы, включая маркировку деталей и непостоянную глубину сварного шва, что приводит к заусенцам.Пробная сварка, проведенная менее чем за пятнадцать минут с помощью нового интуитивно понятного Branson GSX, быстро решила проблемы. Его чуткий контроль процесса и электромеханический привод обеспечивали постоянную и плавную амплитуду сварки, в результате чего на деталях не было маркировки и заусенцев с более высокой средней прочностью на отрыв.

Усовершенствованные возможности управления усилием, встроенные в новую платформу ультразвуковой сварки GSX от Emerson, обычно позволяют сварщикам GSX получать такие и аналогичные результаты, сокращая время цикла сварки, пиковую потребляемую мощность и общее потребление энергии сварки по сравнению со сварщиками с менее чувствительным и точным приводы.

.