Wie wählt man Ultraschallschweißparameter aus?

Wie wählt man Ultraschallschweißparameter aus?

Amplitude A, statischer Druck F und Schweißzeit t sowie die Wahl der Ultraschallleistung und das Zusammenspiel der Parameter. Beim Ultraschallschweißen ist das Punktschweißen die häufigste Anwendung. Im Folgenden wird anhand eines Beispiels zum Punktschweißen der Einfluss verschiedener Parameter auf die Schweißqualität erläutert.

1. Ultraschallschwingungsfrequenz? Die Vibrationsfrequenz bezieht sich hauptsächlich auf den Wert der Resonanzfrequenz und die Genauigkeit der Resonanzfrequenz. Die Vibrationsfrequenz liegt im Allgemeinen zwischen 15 und 75 kHz. Bei der Wahl der Frequenz sollten die physikalischen Eigenschaften und die Dicke des zu schweißenden Materials berücksichtigt werden. Die Schweißnaht ist dünner und verwendet eine höhere Vibrationsfrequenz. Wenn die Schweißnaht dicker ist, die Härte des Schweißmaterials und die Streckgrenze geringer sind, wird die niedrigere Vibrationsfrequenz verwendet. Dies liegt daran, dass unter der Voraussetzung, dass die Klangfunktion unverändert bleibt, eine Erhöhung der Vibrationsfrequenz die Amplitude verringern und dadurch Ermüdungsschäden verringern kann, die durch die Wechselbeanspruchung des dünnen Elements verursacht werden. Die Schwingungsfrequenz hat Einfluss auf die Scherfestigkeit der Verbindung. Je härter das Material und je dicker es ist, desto deutlicher ist der Einfluss der Frequenz. Es ist zu beachten, dass mit zunehmender Frequenz der Verlust der hochfrequenten Schwingungsenergie im akustischen System zunimmt, sodass die Frequenz des Hochleistungs-Ultraschall-Punktschweißgeräts relativ niedrig ist und im Allgemeinen im Bereich von 15 bis 20 kHz liegt. Die Genauigkeit der Vibrationsfrequenz ist ein wichtiger Faktor, um die Stabilität der Lötverbindungsqualität sicherzustellen. Aufgrund der Variabilität der mechanischen Belastung während des Ultraschallschweißprozesses kommt es zu zufälligen Verstimmungen, die zu einer instabilen Schweißqualität führen.

2. Die Amplitude Eine Amplitude ist einer der Grundparameter im Ultraschallschweißprozess. Sie bestimmt die Größe der Reibungskraft, die mit der Entfernung des Oxidfilms auf der Schweißoberfläche, der Reibungswärmeerzeugung der Verbindungsoberfläche, der Größe der plastischen Verformungszone und dem Zustand der plastischen Flüssigkeitsschicht zusammenhängt. . Daher ist die richtige Auswahl des Amplitudenwerts entsprechend der Art des zu schweißenden Materials und seiner Dicke eine Voraussetzung für eine äußerst zuverlässige Verbindung. Der Amplitudenbereich liegt im Allgemeinen zwischen 5 und 25 μm . Ultraschallschweißgeräte mit geringer Leistung haben im Allgemeinen hohe Vibrationsfrequenzen, aber der Amplitudenbereich ist gering. Schweißmaterialien mit geringer Härte oder dünnere Schweißteile sollten eine niedrigere Amplitude verwenden; Mit zunehmender Härte und Dicke des Materials sollte die gewählte Amplitude entsprechend erhöht werden. Dies liegt daran, dass die Größe der Amplitude der relativen Bewegungsgeschwindigkeit der Kontaktfläche des Schweißstücks entspricht und die Temperatur der Schweißzone, der plastische Fluss und die Größe der Reibungsarbeit durch die relative Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Für eine bestimmte Schweißverbindung gibt es einen geeigneten Amplitudenbereich. Wenn die Amplitude A 17 μm beträgt , weist die Lötstelle die höchste Scherfestigkeit auf, die Amplitude nimmt ab und die Festigkeit nimmt ab. Wenn die Amplitude weniger als 6 μm beträgt , hat sich die Verbindung nicht gebildet und die Zeit zur Erhöhung der Vibrationswirkung hat keine Auswirkung. Dies liegt daran, dass der Amplitudenwert zu klein ist und die relative Bewegungsgeschwindigkeit zwischen den Schweißteilen zu gering ist. Wenn der Amplitudenwert 17 μm überschreitet , nimmt die Festigkeit der Lötverbindung ab, was hauptsächlich auf Ermüdungsschäden im Inneren und am Metallmaterial zurückzuführen ist. Daher ist die Amplitude zu groß und die von der oberen Schallelektrode auf die Schweißkonstruktion übertragene Schwingungsscherkraft übersteigt die Reibung zwischen ihnen. Die Kraft, die relative Gleitreibung zwischen Sonotrode und Werkstück sowie eine große thermische und plastische Verformung führen dazu, dass der obere akustische Pol in die Schweißkonstruktion eingebettet wird, was zu einer Verringerung des effektiven Verbindungsquerschnitts führt. Das Wandlermaterial und die Konzentratorstruktur des Ultraschallschweißgeräts bestimmen die Amplitude des Schweißgeräts. Wenn sie bestimmt sind, wird die Amplitude geändert, typischerweise durch Anpassen der elektrischen Parameter des akustischen Generators. Darüber hinaus die Wahl der Amplitudenwerte mit anderen Parametern zusammen und sollte gemeinsam betrachtet werden. hängt Es muss darauf hingewiesen werden, dass im entsprechenden Amplitudenbereich die Verwendung einer großen Amplitude die Schweißzeit erheblich verkürzen und die Effizienz der Schweißproduktion verbessern kann.

3. Statischer Druck F Die Rolle des statischen Drucks besteht darin, Ultraschallschwingungen effektiv über die Sonotrode auf das Schweißstück zu übertragen. Der für das Ultraschallschweißen erforderliche statische Druck variiert je nach Materialart. Wenn der statische Druck zu niedrig ist, reicht es nicht aus, eine gewisse Reibungsarbeit an der Grenzfläche der beiden Schweißverbindungen zu erzeugen, da die Ultraschallwellen kaum auf die Schweißverbindung übertragen werden, und die Ultraschallenergie geht fast vollständig in der zwischen dem oberen akustischen Pol und der Schweißverbindung gleitenden Oberfläche verloren. Es ist unmöglich, eine wirksame Verbindung herzustellen. Mit der Erhöhung des statischen Drucks wird der Vibrationsübertragungszustand verbessert, die Temperatur der Schweißzone erhöht, der Verformungswiderstand des Materials verringert und der Grad des plastischen Fließens allmählich erhöht. Darüber hinaus wird durch die Erhöhung der Druckspannung die Fläche und Verbindung der plastischen Verformung am Kontaktpunkt vergrößert und die Festigkeit der Verbindung erhöht. Wenn der statische Druck einen bestimmten Wert erreicht und dann den Druck erhöht, nimmt die Verbindungsfestigkeit nicht mehr zu oder ab. Denn wenn der statische Druck zu groß ist, kann die Vibrationsenergie nicht sinnvoll genutzt werden, die Reibungskraft ist zu groß, die relative Reibungsbewegung zwischen den Schweißteilen wird geschwächt und der Amplitudenwert wird sogar verringert, was zu einem Verbindungsbereich zwischen den Schweißteilen führt. Nicht mehr zunehmen oder abnehmen, und durch die Zerkleinerung des Materials verringert sich der tatsächliche Fugenquerschnitt der Fuge, was die Festigkeit der Fuge verringert. Bei anderen Schweißbedingungen kann der hohe statische Druck genutzt werden, um in kürzerer Schweißzeit die gleiche Festigkeit der Lötverbindungen zu erzielen, da der höhere statische Druck im Frühstadium der Vibration bei einer niedrigeren Temperatur erzeugt werden kann. Verursacht durch plastische Verformung. Gleichzeitig kann durch den Einsatz eines hohen statischen Drucks in kurzer Zeit die höchste Temperatur erreicht und die Schweißzeit verkürzt werden.

4. Schweißzeit t Die Schweißzeit hat großen Einfluss auf die Verbindungsqualität. Wenn die Schweißzeit zu kurz ist, kann der Oxidfilm auf der Oberfläche zu spät zerstört werden, es bilden sich nur wenige Unebenheiten, die Verbindungsfestigkeit ist zu gering und selbst die Verbindung kann nicht gebildet werden. Mit zunehmender Schweißzeit erhöht sich die Festigkeit der Lötverbindung schnell und der Festigkeitswert sinkt während einer bestimmten Schweißzeit nicht. Wenn jedoch die Ultraschallschweißzeit einen bestimmten Wert überschreitet, nimmt die Festigkeit der Lötverbindung ab. Dies liegt daran, dass der Wärmeeintrag der Schweißkonstruktion zu groß ist, die plastische Zone vergrößert wird und der obere akustische Pol in der Schweißkonstruktion eingeklemmt wird. Abgesehen davon, dass die Querschnittsfläche der Schweißverbindung verringert wird, ist dies auch einfach. Verursacht Risse an der Oberfläche und im Inneren der Lötstelle. Bei unterschiedlichen statischen Drücken ist die Schweißzeit, die zum Erreichen der optimalen Festigkeit der Verbindung erforderlich ist, unterschiedlich, und eine Erhöhung des statischen Druckwerts kann die Schweißzeit bis zu einem gewissen Grad verkürzen.

5. Schweißleistung P Beim Ultraschallschweißen hängt die Wahl der Leistung hauptsächlich von der Dicke der Schweißnaht und der Härte des Materials ab. Da die Messung der Ultraschallleistung in praktischen Anwendungen schwierig ist, wird häufig die Amplitude zur Darstellung der Leistung, Ultraschallleistung und -amplitude verwendet. Die Beziehung kann bestimmt werden durch: P = μ SF υ = μ SF2A ω / π = 4 μ SFA? (1) wobei P die Ultraschallleistung ist; F – statischer Druck; S – Lötstellenbereich; υ - relative Geschwindigkeit; A – Amplitude; μ - Reibungskoeffizient; ω - Kreisfrequenz ( ω = 2 π ?); ? - Vibrationsfrequenz. Beim Ultraschallschweißen wird die Amplitude zwischen 5 und 25 μm gewählt . Bei der Auswahl des Wandlermaterials, der Struktur und der Leistung hängt die Größe der Amplitude auch vom Verstärkungsfaktor des Konzentrators ab. Im Allgemeinen kann bei der Bestimmung des gegenseitigen Einflusses der oben genannten verschiedenen Schweißparameter dies durch Zeichnen einer kritischen Kurve erreicht werden. 18 ist eine entscheidende Beziehung zwischen statischem Druck und Leistung. Der tatsächliche Druck wird im Allgemeinen anhand des statischen Drucks bei der minimal verfügbaren Leistung und einem etwas höheren Leistungswert als der minimal verfügbaren Leistung ausgewählt. Die oben genannten Schweißparameter sind nicht isoliert, sondern beeinflussen sich gegenseitig, stehen in Wechselbeziehung und sollten zusammen betrachtet werden. Beispielsweise beim Ultraschallschweißen von Kunststoffen hängt die Qualität der Verbindung vom Zusammenspiel von Amplitude, statischem Druck und Schweißzeit des Wandlers ab. Die Schweißzeit t und der statische Schweißkopfdruck F sind einstellbar, die Amplitude wird durch den Wandler und das Horn bestimmt und die drei Größen haben einen optimalen Auswahlwert füreinander. Wenn die Schweißenergie einen geeigneten Wert überschreitet, schmilzt das Material stark, was zu einer starken Verformung führt. Wenn die Schweißenergie zu gering ist, ist das Schweißen nicht einfach. Neben den Schweißparametern haben auch Faktoren wie das obere Akustikmaterial, die Formgröße und dessen Oberflächenbeschaffenheit Einfluss auf die Qualität der Schweißnaht.