Comment choisir les paramètres de soudage par ultrasons ?

Comment choisir les paramètres de soudage par ultrasons ?

Amplitude A, pression statique F et temps de soudage t, en plus du choix de la puissance ultrasonore et de l'interaction entre les paramètres. En soudage par ultrasons, le soudage par points est l’application la plus courante. Ce qui suit est un exemple de soudage par points pour discuter de l'influence de divers paramètres sur la qualité du soudage.

1. Fréquence de vibration ultrasonique ? La fréquence de vibration fait principalement référence à la valeur de la fréquence de résonance et à la précision de la fréquence de résonance. La fréquence de vibration est généralement comprise entre 15 et 75 kHz. Le choix de la fréquence doit tenir compte des propriétés physiques et de l'épaisseur du matériau à souder. La soudure est plus fine et utilise une fréquence de vibration plus élevée. Lorsque la soudure est plus épaisse, la dureté du matériau de soudure et la limite d'élasticité sont inférieures, la fréquence de vibration la plus basse est utilisée. En effet, dans le but de maintenir la fonction sonore inchangée, l'augmentation de la fréquence de vibration peut réduire l'amplitude, réduisant ainsi les dommages par fatigue provoqués par la contrainte alternée de l'élément mince. La fréquence des vibrations a un effet sur la résistance au cisaillement du joint. Plus le matériau est dur et plus épais, plus l’effet de fréquence est évident. Il convient de noter qu'à mesure que la fréquence augmente, la perte d'énergie d'oscillation à haute fréquence dans le système acoustique augmentera, de sorte que la fréquence de la soudeuse par points ultrasonique de haute puissance est relativement faible, généralement comprise entre 15 et 20 kHz. La précision de la fréquence de vibration est un facteur important pour garantir la stabilité de la qualité du joint de soudure. En raison de la variabilité de la charge mécanique pendant le processus de soudage par ultrasons, un désaccord aléatoire se produit, entraînant une qualité de soudage instable.

2. L'amplitude Une amplitude est l'un des paramètres de base du procédé de soudage par ultrasons. Il détermine l'ampleur de la puissance de frottement, qui est liée à l'élimination du film d'oxyde sur la surface de soudage, à la génération de chaleur de friction de la surface du joint, à la taille de la zone de déformation plastique et à l'état de la couche de fluide plastique. . Par conséquent, le choix correct de la valeur d’amplitude en fonction de la nature du matériau à souder et de son épaisseur est une condition préalable à l’obtention d’un joint très fiable. La plage d'amplitude est généralement de 5 à 25 µm . Les soudeurs par ultrasons de faible puissance ont généralement des fréquences de vibration élevées, mais la plage d'amplitude est faible. Les matériaux de soudage de faible dureté ou les soudures plus minces doivent utiliser une amplitude plus faible ; à mesure que la dureté et l'épaisseur du matériau augmentent, l'amplitude sélectionnée doit être augmentée en conséquence. En effet, l'amplitude de l'amplitude correspond à la vitesse de déplacement relative de la surface de contact de la construction soudée, et la température de la zone de soudure, l'écoulement du plastique et l'ampleur du travail de friction sont déterminés par la vitesse de déplacement relative. Pour une construction soudée spécifique, il existe une plage d'amplitudes appropriée. Lorsque l'amplitude A est de 17 µm , le joint de soudure a la résistance au cisaillement la plus élevée, l'amplitude diminue et la résistance diminue. Lorsque l'amplitude est inférieure à 6 µm , le joint n'a pas été formé et le temps nécessaire pour augmenter l'effet de vibration n'a aucun effet. Cela est dû au fait que la valeur d'amplitude est trop petite et que la vitesse de déplacement relative entre les soudures est trop faible. Lorsque la valeur d'amplitude dépasse 17 µm , la résistance du joint de soudure diminue, ce qui est principalement lié aux dommages causés par la fatigue à l'intérieur et sur le matériau métallique. Par conséquent, l’amplitude est trop grande et la force de cisaillement vibratoire transmise de l’électrode sonore supérieure à la soudure dépasse la friction entre elles. La force, le frottement de glissement relatif entre la sonotrode et la pièce à usiner, ainsi qu'une grande quantité de déformation thermique et plastique, entraînent l'encastrement du pôle acoustique supérieur dans la soudure, entraînant une réduction de la section transversale effective du joint. Le matériau du transducteur et la structure du concentrateur de la soudeuse à ultrasons déterminent l'amplitude de la soudeuse. Lorsqu'elles sont déterminées, l'amplitude est modifiée, typiquement en ajustant les paramètres électriques du générateur acoustique. De plus, le choix des valeurs d’amplitude est lié à d’autres paramètres et doit être considéré ensemble. Il convient de souligner que dans la plage d'amplitude appropriée, l'utilisation d'une grande amplitude peut réduire considérablement le temps de soudage et améliorer l'efficacité de la production de soudage.

3. Pression statique F Le rôle de la pression statique est de transmettre efficacement les vibrations ultrasoniques à la soudure via la sonotrode. La quantité de pression statique requise pour le soudage par ultrasons varie en fonction du type de matériau. Lorsque la pression statique est trop faible, les ondes ultrasonores étant difficilement transmises à la soudure, il ne suffit pas de générer un certain travail de friction à l'interface des deux soudures, et l'énergie ultrasonore est presque totalement perdue dans la surface glissant entre le pôle acoustique supérieur et la soudure. Il est impossible d’établir une connexion efficace. Avec l'augmentation de la pression statique, les conditions de transmission des vibrations sont améliorées, la température de la zone de soudure augmente, la résistance à la déformation du matériau diminue et le degré d'écoulement du plastique augmente progressivement. De plus, en raison de l'augmentation de la contrainte de compression, la surface et la connexion de la déformation plastique au point de contact. La surface est augmentée et la résistance du joint est augmentée. Lorsque la pression statique atteint une certaine valeur puis augmente la pression, la résistance du joint n'augmente ni ne diminue plus. En effet, lorsque la pression statique est trop importante, l'énergie de vibration ne peut pas être utilisée de manière raisonnable, la force de frottement est trop importante, le mouvement de friction relatif entre les soudures est affaibli et la valeur d'amplitude est même réduite, ce qui entraîne la zone de connexion entre les soudures. N'augmente plus ou ne diminue plus, et l'écrasement du matériau entraîne une diminution de la section transversale réelle du joint, ce qui réduit la résistance du joint. Dans le cas d'autres conditions de soudage, la pression statique élevée peut être utilisée pour obtenir des joints de soudure de même résistance en un temps de soudage plus court, car une pression statique plus élevée peut être générée à une température plus basse au début de la vibration. Causé par une déformation plastique. Dans le même temps, l'utilisation d'une pression statique élevée peut atteindre la température la plus élevée en peu de temps et raccourcir le temps de soudage.

4. Temps de soudage t Le temps de soudage a une grande influence sur la qualité du joint. Lorsque le temps de soudage est trop court, le film d'oxyde sur la surface est trop tard pour être détruit et seules quelques bosses se forment, la résistance du joint est trop faible et même le joint ne peut pas être formé. À mesure que le temps de soudage est prolongé, la résistance du joint de soudure augmente rapidement et la valeur de résistance ne diminue pas pendant un certain temps de soudage. Cependant, lorsque le temps de soudage par ultrasons dépasse une certaine valeur, la résistance du joint de soudure diminue. En effet, l'apport de chaleur de la construction soudée est trop important, la zone plastique est élargie et le pôle acoustique supérieur est piégé dans la construction soudée. En plus de réduire la section transversale du joint de soudure, c'est facile. Provoque des fissures à la surface et à l’intérieur du joint de soudure. Pour différentes pressions statiques, le temps de soudage requis pour obtenir la résistance optimale du joint est différent, et l'augmentation de la valeur de la pression statique peut raccourcir dans une certaine mesure le temps de soudage.

5. Puissance de soudage P Lors du soudage par ultrasons, le choix de la puissance dépend principalement de l'épaisseur de la soudure et de la dureté du matériau. Étant donné que la mesure de la puissance ultrasonore est difficile dans les applications pratiques, l’amplitude est souvent utilisée pour représenter la puissance, la puissance ultrasonore et l’amplitude. La relation peut être déterminée par : P = μ SF υ = μ SF2A ω / π = 4 μ SFA ? (1) où P - puissance ultrasonique ; F - pression statique ; S - zone de joint de soudure ; υ - vitesse relative ; UNE - amplitude ; μ - coefficient de frottement ; ω - fréquence angulaire ( ω = 2 π ?); ? - fréquence des vibrations. En soudage par ultrasons, l'amplitude est choisie entre 5 et 25 µm . Lorsque le matériau, la structure et la puissance du transducteur sont sélectionnés, l'amplitude de l'amplitude est également liée au facteur d'amplification du concentrateur. Généralement, lors de la détermination de l'influence mutuelle des divers paramètres de soudage ci-dessus, cela peut être réalisé en traçant une courbe critique, et la Fig. 18 est une relation critique entre la pression statique et la puissance. La pression réelle est généralement sélectionnée en utilisant la pression statique à la puissance minimale disponible et une valeur de puissance légèrement supérieure à la puissance minimale disponible. Les différents paramètres de soudage ci-dessus ne sont pas isolés, mais sont mutuellement influents et interdépendants et doivent être considérés ensemble. Par exemple, dans le soudage par ultrasons des plastiques, la qualité du joint dépend de l’interaction de l’amplitude, de la pression statique et du temps de soudage du transducteur. Le temps de soudage t et la pression statique de la tête de soudage F sont réglables, l'amplitude est déterminée par le transducteur et le cornet, et les trois quantités ont une valeur de sélection optimale l'une pour l'autre. Lorsque l'énergie de soudage dépasse une valeur appropriée, la quantité de fusion du matériau est importante, ce qui entraîne une déformation importante. Si l’énergie de soudage est trop faible, il n’est pas facile de souder. Outre les paramètres de soudage, des facteurs tels que le matériau acoustique supérieur, la taille de la forme et son état de surface ont également un effet sur la qualité de la soudure.