Jak vybrat parametry ultrazvukového svařování？

Jak vybrat parametry ultrazvukového svařování？

Amplituda A, statický tlak F a doba svařování t, kromě volby výkonu ultrazvuku a interakce mezi parametry. Při ultrazvukovém svařování je bodové svařování nejběžnější aplikací. Následuje příklad bodového svařování k diskusi o vlivu různých parametrů na kvalitu svařování.

1. Frekvence ultrazvukových vibrací? Frekvence vibrací se týká především hodnoty rezonanční frekvence a přesnosti rezonanční frekvence. Frekvence vibrací je obecně mezi 15 a 75 kHz. Volba frekvence by měla zohledňovat fyzikální vlastnosti a tloušťku svařovaného materiálu. Svařenec je tenčí a využívá vyšší frekvenci vibrací. Když je svařenec tlustší, tvrdost svarového materiálu a mez kluzu jsou nižší, používá se nižší frekvence vibrací. Je to proto, že za předpokladu zachování zvukové funkce beze změny může zvýšení frekvence vibrací snížit amplitudu, čímž se sníží únavové poškození způsobené střídavým namáháním tenkého členu. Frekvence vibrací má vliv na pevnost spoje ve smyku. Čím tvrdší materiál a větší tloušťka, tím je vliv frekvence zřetelnější. Je třeba poznamenat, že se zvyšováním frekvence se bude zvyšovat ztráta energie vysokofrekvenčního kmitání v akustickém systému, takže frekvence vysokovýkonné ultrazvukové bodové svářečky je relativně nízká, obecně v rozsahu 15 až 20 kHz. Přesnost frekvence vibrací je důležitým faktorem pro zajištění stability kvality pájeného spoje. V důsledku proměnlivosti mechanického zatížení při procesu ultrazvukového svařování dochází k náhodnému rozladění, jehož výsledkem je nestabilní kvalita svařování.

2. Amplituda Amplituda A je jedním ze základních parametrů procesu ultrazvukového svařování. Určuje velikost třecí síly, která souvisí s odstraňováním oxidového filmu na svařovaném povrchu, tvorbou třecího tepla na povrchu spoje, velikostí zóny plastické deformace a stavem vrstvy plastické tekutiny. . Proto je správný výběr hodnoty amplitudy podle povahy svařovaného materiálu a jeho tloušťky předpokladem pro získání vysoce spolehlivého spoje. Rozsah amplitudy je obecně 5 až 25 μm . Ultrazvukové svářečky s nízkým výkonem mají obecně vysoké frekvence vibrací, ale rozsah amplitud je nízký. Svařovací materiály s nízkou tvrdostí nebo tenčí svařence by měly používat nižší amplitudu; jak se zvyšuje tvrdost a tloušťka materiálu, měla by se odpovídajícím způsobem zvýšit zvolená amplituda. Velikost amplitudy totiž odpovídá relativní rychlosti pohybu styčné plochy svařence a relativní rychlostí pohybu je dána teplota svarové zóny, plastický tok a velikost třecí práce. Pro konkrétní svařenec existuje vhodný rozsah amplitud. Když je amplituda A 17 μm , má pájený spoj nejvyšší pevnost ve smyku, amplituda se snižuje a pevnost klesá. Když je amplituda menší než 6 μm , spoj nebyl vytvořen a doba pro zvýšení vibračního účinku nemá žádný vliv. Je to proto, že hodnota amplitudy je příliš malá a relativní rychlost pohybu mezi svařenci je příliš malá. Když hodnota amplitudy překročí 17 μm , pevnost pájeného spoje klesá, což souvisí především s únavovým poškozením uvnitř a na kovovém materiálu. Proto je amplituda příliš velká a vibrační smyková síla přenášená z horní zvukové elektrody na svařenec překračuje tření mezi nimi. Síla, relativní kluzné tření mezi sonotrodou a obrobkem a velká tepelná a plastická deformace, vedoucí k zapuštění horního akustického pólu do svařence, což má za následek zmenšení efektivního průřezu spoje. Materiál převodníku a struktura koncentrátoru ultrazvukové svářečky určují amplitudu svářečky. Když jsou určeny, amplituda se změní, typicky nastavením elektrických parametrů akustického generátoru. Kromě toho volba hodnot amplitudy souvisí s dalšími parametry a měla by být zvažována společně. Je třeba zdůraznit, že ve vhodném rozsahu amplitudy může použití velké amplitudy značně zkrátit dobu svařování a zlepšit efektivitu výroby svařování.

3. Statický tlak F Úlohou statického tlaku je účinně přenášet ultrazvukové vibrace na svařenec přes sonotrodu. Velikost statického tlaku potřebného pro ultrazvukové svařování se liší podle typu materiálu. Když je statický tlak příliš nízký, protože ultrazvukové vlny se na svařenec téměř nepřenášejí, nestačí vyvinout určitou třecí práci na rozhraní dvou svařenců a ultrazvuková energie se téměř úplně ztrácí v klouzání povrchu mezi horním akustickým pólem a svařencem. Není možné vytvořit efektivní spojení. Se zvýšením statického tlaku se zlepší podmínka přenosu vibrací, zvýší se teplota svarové zóny, sníží se deformační odpor materiálu a postupně se zvýší stupeň toku plastu. Navíc se vlivem nárůstu tlakového napětí plocha a spojení plastické deformace v místě styku zvětší Plocha a zvýší se pevnost spoje. Když statický tlak dosáhne určité hodnoty a následně tlak zvýší, pevnost spoje se již nezvyšuje ani nesnižuje. Při příliš velkém statickém tlaku totiž nelze rozumně využít vibrační energii, příliš velkou třecí sílu, zeslabuje relativní třecí pohyb mezi svařenci a dokonce se snižuje hodnota amplitudy, což má za následek oblast spojení mezi svařenci. Již se nezvětšuje ani nesnižuje a drcení materiálu způsobuje zmenšení skutečného průřezu spoje, což snižuje pevnost spoje. V případě jiných podmínek svařování může být vysoký statický tlak použit k získání stejně pevných pájených spojů za kratší dobu svařování, protože vyšší statický tlak může být generován při nižší teplotě v rané fázi vibrací. Způsobeno plastickou deformací. Zároveň lze použitím vysokého statického tlaku dosáhnout nejvyšší teploty v krátké době a zkrátit dobu svařování.

4. Doba svařování t Doba svařování má velký vliv na kvalitu spoje. Když je doba svařování příliš krátká, oxidový film na povrchu je příliš pozdě na to, aby se zničil, a vytvoří se jen několik hrbolků, pevnost spoje je příliš nízká a dokonce ani spoj nelze vytvořit. Jak se doba svařování prodlužuje, pevnost pájeného spoje se rychle zvyšuje a hodnota pevnosti se během určité doby svařování nesníží. Když však doba ultrazvukového svařování překročí určitou hodnotu, pevnost pájeného spoje klesá. Příliš velký tepelný příkon svařence, zvětšená plastová zóna a zachycení horního akustického pólu ve svařenci. Kromě zmenšení plochy průřezu svarového spoje je to snadné. Způsobuje praskliny na povrchu a uvnitř pájeného spoje. Pro různé statické tlaky je doba svařování potřebná k získání optimální pevnosti spoje různá a zvýšení hodnoty statického tlaku může dobu svařování do určité míry zkrátit.

5. Svařovací výkon P Při ultrazvukovém svařování závisí volba výkonu především na tloušťce svařence a tvrdosti materiálu. Protože měření výkonu ultrazvuku je v praktických aplikacích obtížné, amplituda se často používá k vyjádření výkonu, výkonu ultrazvuku a amplitudy. Vztah lze určit pomocí: P = μ SF υ = μ SF2A ω / π = 4 μ SFA? (1) kde P - výkon ultrazvuku; F - statický tlak; S - oblast pájeného spoje; υ - relativní rychlost; A - amplituda; μ - koeficient tření; ω - úhlová frekvence ( ω = 2 π ?); ? - frekvence vibrací. Při ultrazvukovém svařování se amplituda volí od 5 do 25 μm . Když se zvolí materiál, struktura a výkon měniče, velikost amplitudy také souvisí s faktorem zesílení koncentrátoru. Obecně lze při určování vzájemného vlivu výše uvedených různých parametrů svařování dosáhnout nakreslením kritické křivky, a Obr. 18 je kritický vztah mezi statickým tlakem a výkonem. Skutečný tlak se obecně volí pomocí statického tlaku při minimálním dostupném výkonu a mírně vyšší hodnotě výkonu, než je minimální dostupný výkon. Několik výše uvedených parametrů svařování není izolováno, ale vzájemně se ovlivňují a souvisí a měly by být posuzovány společně. Například při ultrazvukovém svařování plastů závisí kvalita spoje na interakci amplitudy, statického tlaku a svařovacího času měniče. Doba svařování t a statický tlak F svařovací hlavy jsou nastavitelné, amplituda je určena převodníkem a trychtýřem a tyto tři veličiny mají vzájemně optimální hodnotu výběru. Když svařovací energie překročí vhodnou hodnotu, množství natavení materiálu je velké, což má za následek velkou deformaci. Pokud je svařovací energie příliš malá, není snadné svařovat. Kromě parametrů svařování mají na kvalitu svaru vliv také faktory jako vrchní akustický materiál, tvarová velikost a stav jeho povrchu.