Jak wybrać parametry zgrzewania ultradźwiękowego？

Jak wybrać parametry zgrzewania ultradźwiękowego？

Amplituda A, ciśnienie statyczne F i czas zgrzewania t, oprócz wyboru mocy ultradźwiękowej i interakcji między parametrami. W zgrzewaniu ultradźwiękowym najczęstszym zastosowaniem jest zgrzewanie punktowe. Poniżej znajduje się przykład zgrzewania punktowego w celu omówienia wpływu różnych parametrów na jakość zgrzewania.

1. Częstotliwość drgań ultradźwiękowych? Częstotliwość drgań odnosi się głównie do wartości częstotliwości rezonansowej i dokładności częstotliwości rezonansowej. Częstotliwość wibracji wynosi zazwyczaj od 15 do 75 kHz. Wybór częstotliwości powinien uwzględniać właściwości fizyczne i grubość spawanego materiału. Konstrukcja spawana jest cieńsza i wykorzystuje wyższą częstotliwość wibracji. Gdy konstrukcja spawana jest grubsza, twardość materiału spoiny i granica plastyczności są niższe, stosuje się niższą częstotliwość drgań. Dzieje się tak dlatego, że przy założeniu utrzymania funkcji dźwięku na niezmienionym poziomie zwiększenie częstotliwości wibracji może zmniejszyć amplitudę, zmniejszając w ten sposób uszkodzenia zmęczeniowe spowodowane przez zmienne naprężenia cienkiego elementu. Częstotliwość drgań ma wpływ na wytrzymałość złącza na ścinanie. Im twardszy materiał i im większa grubość, tym bardziej oczywisty jest wpływ częstotliwości. Należy zauważyć, że wraz ze wzrostem częstotliwości utrata energii oscylacji o wysokiej częstotliwości w systemie akustycznym będzie rosła, dlatego częstotliwość ultradźwiękowej zgrzewarki punktowej dużej mocy jest stosunkowo niska, zazwyczaj w zakresie od 15 do 20 kHz. Dokładność częstotliwości drgań jest ważnym czynnikiem zapewniającym stabilność jakości połączenia lutowanego. Ze względu na zmienność obciążenia mechanicznego podczas procesu zgrzewania ultradźwiękowego, dochodzi do przypadkowego rozstrojenia, co skutkuje niestabilną jakością spawania.

2. Amplituda Amplituda jest jednym z podstawowych parametrów w procesie zgrzewania ultradźwiękowego. Określa wielkość siły tarcia, która jest związana z usuwaniem warstwy tlenku na powierzchni spawania, wytwarzaniem ciepła przez tarcie powierzchni złącza, wielkością strefy odkształcenia plastycznego oraz stanem warstwy płynu plastycznego. . Dlatego też prawidłowy dobór wartości amplitudy w zależności od rodzaju spawanego materiału i jego grubości jest warunkiem uzyskania wysoce niezawodnego połączenia. Zakres amplitudy wynosi zazwyczaj od 5 do 25 µm . Spawarki ultradźwiękowe małej mocy charakteryzują się zazwyczaj wysokimi częstotliwościami wibracji, ale zakres amplitudy jest niski. W przypadku materiałów spawalniczych o niskiej twardości lub cieńszych spawów należy stosować niższą amplitudę; w miarę wzrostu twardości i grubości materiału należy odpowiednio zwiększać wybraną amplitudę. Dzieje się tak, ponieważ wielkość amplitudy odpowiada względnej prędkości ruchu powierzchni styku złącza spawanego, a temperatura strefy spawania, płynięcie plastyczne i wielkość pracy tarcia są określone przez względną prędkość ruchu. Dla konkretnego spoiny istnieje odpowiedni zakres amplitud. Gdy amplituda A wynosi 17 μm , złącze lutowane ma największą wytrzymałość na ścinanie, amplituda maleje, a wytrzymałość maleje. Gdy amplituda jest mniejsza niż 6 µm , złącze nie zostało utworzone i czas na zwiększenie efektu drgań nie ma znaczenia. Dzieje się tak dlatego, że wartość amplitudy jest zbyt mała, a względna prędkość ruchu pomiędzy spawami jest zbyt mała. Gdy wartość amplitudy przekracza 17 μm , wytrzymałość złącza lutowniczego maleje, co jest związane głównie z uszkodzeniami zmęczeniowymi wewnątrz i na materiale metalowym. Dlatego amplituda jest zbyt duża, a siła ścinająca drgań przenoszona z górnej elektrody dźwiękowej na konstrukcję spawaną przekracza tarcie między nimi. Siła, względne tarcie ślizgowe pomiędzy sonotrodą a przedmiotem obrabianym oraz duża ilość odkształceń termicznych i plastycznych, powodują osadzenie górnego bieguna akustycznego w konstrukcji spawanej, co skutkuje zmniejszeniem efektywnego przekroju złącza. Materiał przetwornika i konstrukcja koncentratora zgrzewarki ultradźwiękowej określają amplitudę zgrzewarki. Po ich określeniu zmienia się amplitudę, zwykle poprzez dostosowanie parametrów elektrycznych generatora akustycznego. Dodatkowo dobór wartości amplitudy jest powiązany z innymi parametrami i należy go rozpatrywać łącznie. Należy podkreślić, że w odpowiednim zakresie amplitud zastosowanie dużej amplitudy może znacznie skrócić czas spawania i poprawić wydajność produkcji spawalniczej.

3. Ciśnienie statyczne F Rolą ciśnienia statycznego jest skuteczne przenoszenie wibracji ultradźwiękowych na konstrukcję spawaną poprzez sonotrodę. Wielkość ciśnienia statycznego wymaganego do spawania ultradźwiękowego różni się w zależności od rodzaju materiału. Gdy ciśnienie statyczne jest zbyt niskie, ponieważ fale ultradźwiękowe prawie nie są przenoszone na konstrukcję spawaną, nie wystarczy wygenerowanie pewnej pracy tarcia na styku dwóch elementów spawanych, a energia ultradźwiękowa jest prawie całkowicie tracona w powierzchni ślizgającej się pomiędzy górnym biegunem akustycznym a częścią spawaną. Nie da się stworzyć efektywnego połączenia. Wraz ze wzrostem ciśnienia statycznego poprawiają się warunki przenoszenia drgań, wzrasta temperatura strefy spawania, zmniejsza się odporność materiału na odkształcenia i stopniowo zwiększa się stopień płynięcia plastycznego. Dodatkowo w wyniku wzrostu naprężenia ściskającego zwiększa się powierzchnia i połączenie odkształcenia plastycznego w miejscu styku. Zwiększa się powierzchnia i zwiększa się wytrzymałość złącza. Kiedy ciśnienie statyczne osiągnie określoną wartość, a następnie wzrośnie, wytrzymałość złącza nie będzie się już zwiększać ani zmniejszać. Dzieje się tak dlatego, że gdy ciśnienie statyczne jest zbyt duże, nie można rozsądnie wykorzystać energii drgań, siła tarcia jest zbyt duża, względny ruch tarcia pomiędzy spawami jest osłabiony, a wartość amplitudy jest nawet zmniejszona, co powoduje powstanie obszaru połączenia pomiędzy spawami. Nie zwiększa się ani nie zmniejsza, a kruszenie materiału powoduje zmniejszenie rzeczywistego przekroju złącza, co zmniejsza wytrzymałość złącza. W przypadku innych warunków spawania, wysokie ciśnienie statyczne można wykorzystać do uzyskania tej samej wytrzymałości połączeń lutowanych w krótszym czasie zgrzewania, ponieważ wyższe ciśnienie statyczne można wytworzyć w niższej temperaturze we wczesnej fazie drgań. Spowodowane odkształceniem plastycznym. Jednocześnie zastosowanie wysokiego ciśnienia statycznego może w krótkim czasie osiągnąć najwyższą temperaturę i skrócić czas zgrzewania.

4. Czas zgrzewania t Czas zgrzewania ma ogromny wpływ na jakość połączenia. Gdy czas zgrzewania jest zbyt krótki, warstwa tlenku na powierzchni jest zbyt późno, aby zostać zniszczona i powstają tylko nieliczne nierówności, a wytrzymałość złącza jest zbyt niska i nawet złącza nie można wykonać. W miarę wydłużania się czasu zgrzewania wytrzymałość złącza lutowniczego gwałtownie wzrasta, a wartość wytrzymałości nie ulega obniżeniu w określonym czasie zgrzewania. Jeżeli jednak czas zgrzewania ultradźwiękowego przekroczy określoną wartość, wytrzymałość złącza lutowniczego maleje. Dzieje się tak dlatego, że dopływ ciepła do złącza spawanego jest zbyt duży, strefa plastyczna jest powiększona, a górny biegun akustyczny jest uwięziony w konstrukcji spawanej. Oprócz zmniejszenia pola przekroju złącza spawanego jest to łatwe. Powoduje pęknięcia na powierzchni i wewnątrz złącza lutowanego. Dla różnych ciśnień statycznych czas zgrzewania potrzebny do uzyskania optymalnej wytrzymałości złącza jest różny, a zwiększenie wartości ciśnienia statycznego może w pewnym stopniu skrócić czas zgrzewania.

5. Moc zgrzewania P Przy zgrzewaniu ultradźwiękowym wybór mocy zależy głównie od grubości spawu i twardości materiału. Ponieważ pomiar mocy ultradźwiękowej jest trudny w zastosowaniach praktycznych, amplituda jest często używana do przedstawienia mocy, mocy ultradźwiękowej i amplitudy. Zależność można wyznaczyć wzorem: P = μ SF υ = μ SF2A ω / π = 4 μ SFA? (1) gdzie P – moc ultradźwiękowa; F - ciśnienie statyczne; S - obszar złącza lutowniczego; υ - prędkość względna; A - amplituda; μ - współczynnik tarcia; ω - częstotliwość kątowa ( ω = 2 π ?); ? - częstotliwość wibracji. W zgrzewaniu ultradźwiękowym amplitudę wybiera się od 5 do 25 μm . Po wybraniu materiału, konstrukcji i mocy przetwornika wielkość amplitudy jest również powiązana ze współczynnikiem wzmocnienia koncentratora. Ogólnie rzecz biorąc, określając wzajemny wpływ powyższych różnych parametrów spawania, można to osiągnąć rysując krzywą krytyczną, a FIG. 18 to krytyczna zależność pomiędzy ciśnieniem statycznym i mocą. Rzeczywiste ciśnienie jest zazwyczaj wybierane na podstawie ciśnienia statycznego przy minimalnej dostępnej mocy i nieco wyższej wartości mocy niż minimalna dostępna moc. Powyższe kilka parametrów spawania nie jest izolowanych, ale wzajemnie na siebie wpływają i są ze sobą powiązane, dlatego należy je rozpatrywać łącznie. Przykładowo przy zgrzewaniu ultradźwiękowym tworzyw sztucznych jakość połączenia zależy od interakcji amplitudy, ciśnienia statycznego i czasu zgrzewania przetwornika. Czas zgrzewania t i ciśnienie statyczne głowicy spawającej F są regulowane, amplituda jest określana przez przetwornik i tubę, a te trzy wielkości mają dla siebie optymalną wartość doboru. Gdy energia spawania przekracza odpowiednią wartość, stopień stopienia materiału jest duży, co powoduje duże odkształcenie. Jeśli energia spawania jest zbyt mała, spawanie nie jest łatwe. Oprócz parametrów spawania na jakość spoiny mają również wpływ takie czynniki, jak górny materiał akustyczny, wielkość kształtu i stan jego powierzchni.