Principper og teknikker til PPS ultralydssvejsning

I. Oversigt

PPS (polyphenylensulfid) er en semi-krystallinsk termoplast med en stejl smeltekurve og en høj smeltetemperatur (285 ° C, 545 ° F), og dens rene PPS er ikke egnet til ultralydssvejsning. Men efter tilsætning af glasfiber og andre fyldstoffer øges stivheden af ​​PPS-blandingen kraftigt, hvilket bidrager til ultralydsvibrationstransmission, så ultralydssvejsning kan anvendes. Under forudsætning af, at svejseribberne er udformet fornuftigt, kan glasfiberindholdet på 40 % PPS let svejses. Når glasfiberindholdet og mineralpulveret kontinuerligt øges, er ultralydskomponenten imidlertid vanskelig at danne, fordi indholdet af harpikskomponenten i blandingen bliver lavt.

2. Svejseribbe design

Svejseribbedesignet af PPS-produktet er afgørende for svejsestyrken. Udformningen af ​​dele og svejseribber skal tages i betragtning fra samlingen af ​​komponenterne, såvel som indvirkningen af ​​disse designs på ultralydssvejseprocessen.

Til svejsning af PPS-materialer er forskydningssømsdesignet generelt vedtaget. Til design af trekantede eller energibesparende ribber har forskellige typer PPS med forskellige sammensætninger forskellige svejseresultater. For PPS-blandinger med højt fyldstofindhold er der ikke tilstrækkelig flydende virkning ved smeltning, og det er umuligt at flyde ind i begge sider for at danne flere bindingsområder. Derfor er sådanne PPS-blandinger ikke egnede til design af trekantede eller energibesparende ribber.

For forskydningsforbindelser frembringes en lignende 'udtværing'-virkning ved samlingsgrænsefladen under svejseprocessen, hvilket resulterer i større flydeevne af den smeltede plast og lettere lodning. Forsøg har vist, at for PPS med et højt fyldstofindhold har produktet, der anvender forskydningsfugen, en udtrækskraft, der er seks gange større end den trinvise svejsning. Samtidig smelter forskydningssømmen og binder til et større område, hvilket hjælper med at forsegle.

Typiske forskydnings- og trinsvejsninger er vist i figur 1 og 2 nedenfor.

For produkter med en maksimal størrelse større end 89 mm eller en uregelmæssig form er det vanskeligt at kontrollere sprøjtestøbningsfejlen, hvilket resulterer i ustabile svejseresultater. Derfor anbefales forskydningssømsdesignet ikke til produkter med store eller uregelmæssige former, men det trekantede leder/trin/rille design anbefales. Generelt er svejsedybden af ​​forskydningsforbindelsen ca. 1,25 gange vægtykkelsen.

Til ultrasonisk nærfeltsvejsning af PPS tyndvæggede dele er højfrekvente (f.eks. 20Khz eller 30Khz) og lav-amplitude svejseprocesser mere tilbøjelige til at lykkes. Samtidig har den fordelen af ​​lav øjeblikkelig effekt og beskyttelse mod beskadigelse af komponenter. Når man bruger det energiledende ribbedesign, for et typisk semi-krystallinsk materiale, er den trekantede ribbevinklen 60°, bundbredden er generelt 20%-25%, og højden er 0,866 gange bredden af ​​bunden.

Det er vigtigt at huske på, når man designer produkter, der vælger en ultralydssvejseproces, der skal minimere unødvendige ultralydsenergitab. Ultralydsbølgerne forplanter sig i svejseh bevægelsesretning orns  , og energien er proportional med vægsektionens størrelse. Den del, der skal vibreres, skal være den øverste og letteste del af samlingen, og en større flad overflade, der er i kontakt med svejsehornet, bør  udformes over svejsevulsten. Nogle gange er det nødvendigt at designe en speciel struktur for at overføre vibrationsenergi direkte til svejsningen, for eksempel ved at tilføje en hævet læbestruktur ved kanten af ​​låget. Korrekt delsamlingsafstand er også nødvendig for at undgå interferens og føre til loddesamlinger. Delene på vibrationsbanen skal være afrundede og filetstørrelsen er 0,6 gange vægtykkelsen for at undgå revner i delene under ultralydssvejsning. Symmetrisk udformede dele er nemmere at svejse på grund af deres ensartede tryk og energifordeling.

Sammenfattende er følgende de forkerte svejsedesigns at undgå:

1. Gabets design af samlingskomponenten er for lille, og der er en tæt eller interferenspasning, som forhindrer, at ultralydsvibrationen effektivt overføres til svejseribben;

2. Tværsnittet af den del, der transmitterer ultralydsvibrationen, er for lille/tyndt, hvilket resulterer i revner med stor amplitude;

3. Hvis størrelsen af ​​svejsestrengen er for stor, vil den øjeblikkelige effektudgang være for stor, hvilket kan beskadige delene;

4. Den del, der er i direkte kontakt med svejseh ornen ,  er ikke den mest avancerede og letteste del i samlingen;

5. Indvendige skarpe hjørner kan få dele til at revne;

6. Den interne metalindsats absorberer ultralydsvibrationer og reducerer svejseeffektiviteten, så metaldele skal samles efter ultralydssvejsning.

3. svejseproces anbefalinger

Den optimale ultralydssvejseproces er meget afhængig af delens kvalitet og samlingsnøjagtighed, såvel som det anvendte svejseudstyr og armaturer. Det er vigtigt at søge råd fra producenten i produktdesignfasen. Justeringen af ​​svejseparametrene bør tage hensyn til materialesammensætningen, dimensionsfejl og stivhed af delen samt afstanden mellem positionen af ​​svejseh ornen og  produktet og svejsningen. Produktets svejsbarhed refererer til materialets evne til at transmittere ultralydsvibrationer uden skader.

Da PPS er en semi-krystallinsk termoplast med højt smeltepunkt, kræves der sædvanligvis stor amplitude ultralydsvibration for at smelte plasten for at danne en svejsning. I betragtning af PPS'ens høje modulus (høj stivhed) egenskaber, kan amplituden af ​​output transmitteres over en betydelig afstand i plastdelen. Jo større afstanden er mellem hornet og svejsningen, desto større amplitude kræves. Ved nærfeltssvejsning (afstanden mellem svejseh orns  kontaktflade og svejsningen er mindre end 6 mm), kan højere svejseeffektivitet opnås ved at bruge en højfrekvent svejseproces med lavere amplitude. Ved fjernfeltsvejsning (afstanden mellem svejseh orns  kontaktflade og svejsningen er større end 6 mm), er amplitudetransmissionsafstanden begrænset af produktstrukturen. Når væggen er tyndere, er den ultrasoniske vibrationstransmissionsafstand kortere.

Den nødvendige effekt til svejsning afhænger af størrelsen af ​​svejseområdet, delens geometri og materialets absorptionsegenskaber. PPS-svejsning kræver normalt høj effekt for at sikre, at det meste af energien overføres meget hurtigt til svejsningen, samtidig med at man undgår vibrationsskader på delen. Hastigheden af ​​svejseh ornen  er afstemt efter smeltningen af ​​PPS-plasten og svejsningens formningshastighed.

Når produktet er designet med en forskydningssøm, kan de indledende parametre indstilles til høj effekt, modulator med stort forhold, lavt svejsetryk og langsommere svejsehastighed. Derefter foretages den næste justering ifølge de faktiske svejseresultater. Ved lodning skal du være opmærksom på, at stor amplitude og langvarige vibrationer kan beskadige delens overflade. Den maksimale svejsestyrke dannes under holdefasen. Hvis lufttætheden ikke er god, kan den dynamiske trykholdeafstand eller holdetiden øges for at forbedre.

Når du bruger forskydningssømsdesignet, er det nødvendigt at være opmærksom på sidestøtten af ​​produktvæggen for at undgå problemet med dårlig svejsestyrke på grund af åbningen af ​​sidevæggen af ​​delen under svejsning. Armaturet kan være lavet af aluminium, stål, harpiks eller andre materialer. Pasformen mellem armaturet og produktet skal være passende for at give ordentlig støtte og lette håndteringen af ​​delene.

4. svejsestyrke

Svejsningens styrke er normalt meget lavere end bulkmaterialet. Fordi der næsten ikke er glasfiber på svejsningen, er svejsestyrken hovedsageligt bestemt af styrken af ​​selve harpiksen. Det vil sige, at ved svejsning af rene harpiksmaterialer (ekskl. glasfiberarmerede), er svejsestyrken normalt ikke så stor som bulkmaterialet. For visse PPS-materialer kan svejsestyrken nå 50Mpa; for de fleste PPS-materialer er svejsestyrken mindre end 35Mpa. Derudover falder svejsestyrken med stigende temperatur, som vist på følgende figur (ren trækstyrke af ren PPS som funktion af temperatur).

Derudover er der mange andre faktorer, der påvirker svejsestyrken:

Areal af svejseområdet. Jo længere tråd, jo mere smeltet plast, jo større svejsestyrke. Men faktisk, påvirket af faktorer som sprøjtestøbningsnøjagtighed og armaturer, vil arealet af det svejste område være meget mindre end designet forventer.

·

Sprøjtestøbte dele dimensionsnøjagtighed og kvalitet. Injektionsfejl såsom hulrum absorberer ultralydsvibrationer og påvirker energioverførslen. Kan forårsage forbrændinger og indvendige revner på overfladen af ​​delen, samt lavere svejsestyrke.

·

En sådan overfladekontamination af smøremidlet eller formslipmidlet reducerer friktionsvarmegenerering og hindrer svejseprocessen. Samtidig forringes svejsestyrken på grund af urenheder, der kommer ind i svejsningen.

Under svejseprocessen bliver PPS-plasten ved svejsningen hurtigt smeltet og hurtigt afkølet, og det er let at producere mere amorf (amorf) tilstand. Når produktet bruges ved temperaturer over 85 ° C, vil PPS gradvist omdannes til en semi-krystallinsk tilstand, hvilket skaber yderligere stress inde i produktet.