Parámetros del proceso de soldadura por ultrasonidos
Los principales parámetros del proceso de soldadura ultrasónica son: amplitud, tiempo de soldadura, tiempo de mantenimiento de la presión, presión de soldadura, frecuencia, etc. Las mejores especificaciones de soldadura dependen de las piezas a soldar y del equipo de soldadura utilizado. El ajuste de los parámetros de soldadura depende del tamaño y la rigidez de la pieza, especialmente la distancia entre el punto de contacto del cabezal de soldadura y la junta de soldadura. La capacidad de soldadura está limitada por la capacidad del plástico para transmitir vibraciones ultrasónicas (y las piezas no están dañadas).
1.Frecuencia
Las frecuencias comúnmente utilizadas para ultrasonidos son 20, 30 y 40 kHz, y para plásticos semicristalinos, 15 kHz. 20 kHz es la frecuencia ultrasónica más utilizada porque es fácil obtener la amplitud y la potencia necesarias para fundir termoplásticos a esta frecuencia, pero puede generar muchas vibraciones mecánicas que son difíciles de controlar y la herramienta se vuelve muy grande. Una frecuencia más alta (40 kHz) que produce menos vibraciones es factible y generalmente se usa para soldar plásticos de ingeniería y polímeros reforzados. Las ventajas de los equipos de soldadura de alta frecuencia incluyen: bajo nivel de ruido, tamaño de pieza pequeño, protección mejorada de la pieza (debido a la tensión cíclica reducida y al calentamiento no selectivo del área exterior de la interfaz de la junta), control mejorado de la energía mecánica, presión de soldadura reducida y La velocidad de procesamiento es más rápida. La desventaja es que es difícil realizar una soldadura de campo lejano debido al tamaño pequeño de las piezas, la capacidad de potencia reducida y la amplitud reducida. Las máquinas de soldadura ultrasónica de alta frecuencia se utilizan generalmente para soldar piezas pequeñas de precisión (como interruptores eléctricos) y piezas que requieren menos degradación del material. El soldador de 15 kHz puede soldar rápidamente la mayoría de los termoplásticos y, en la mayoría de los casos, la degradación del material no es tan buena como la del soldador de 20 kHz. Las piezas que son difíciles de soldar a 20 kHz (especialmente las piezas fabricadas con tecnología y equipos de caucho y plástico de alto rendimiento) se pueden soldar con una eficiencia de 15 kHz. A frecuencias más bajas, la longitud resonante del cabezal de soldadura es más larga y se puede hacer más grande en todos los tamaños. Otra ventaja importante del uso de 15 kHz es que, en comparación con el uso de frecuencias más altas, puede reducir en gran medida la atenuación de las ondas ultrasónicas en los plásticos, de modo que se pueden soldar plásticos más blandos y se puede lograr una mayor distancia de campo lejano.
2.marcos
El éxito de la soldadura depende de la amplitud adecuada del extremo del cabezal de soldadura. Para todas las combinaciones de bocina / cabezal de soldadura, la amplitud es fija. Elija la amplitud según el material a soldar para obtener el grado de fusión adecuado. En términos generales, los plásticos semicristalinos requieren más energía que los plásticos no cristalinos y, por lo tanto, requieren una mayor amplitud de punta. El control del proceso en las modernas máquinas de soldadura por ultrasonidos permite la clasificación. La alta amplitud se usa para comenzar a fundir y la baja amplitud se usa para controlar la viscosidad del material fundido. El aumento mejorará la calidad de la soldadura de las piezas de diseño de la junta de corte. Para las juntas a tope, a medida que aumenta la amplitud, la calidad de la soldadura mejorará y el tiempo de soldadura disminuirá. Cuando se usa una varilla guía de energía para soldadura ultrasónica, la tasa de pérdida de calor promedio (Qavg) depende del módulo de pérdida compuesto (Eʺ), la frecuencia (ω) y la deformación actuante (ε0) del material: Qavg=ωε02Eʺ / 2
El módulo de pérdida compuesto de los termoplásticos está estrechamente relacionado con la temperatura. Cuando se alcanza el punto de fusión o la temperatura de transición vítrea, el módulo de pérdida aumenta y más energía se convierte en calor. Una vez que comienza el calentamiento, la temperatura de la interfaz de soldadura aumenta bruscamente (hasta 1000 ° C / s). La deformación aplicada es proporcional a la amplitud de la junta soldada, por lo que el calentamiento de la interfaz soldada se puede controlar cambiando la amplitud. La amplitud es un parámetro importante para controlar el flujo de extrusión termoplástica. Cuando la amplitud es grande, la velocidad de calentamiento de la interfaz de soldadura aumenta, la temperatura aumenta y el flujo del material fundido se acelera, lo que conduce a un aumento en la orientación molecular, un aumento en el flash y una disminución en la resistencia de la soldadura. Es necesaria una gran amplitud para comenzar a derretir. Una amplitud demasiado baja provocará una fusión desigual y una solidificación prematura de la masa fundida. Cuando aumenta la amplitud, el material termoplástico consumirá más energía de vibración y las piezas a soldar soportarán una mayor tensión. Cuando la amplitud permanece constante durante todo el ciclo de soldadura, se suele utilizar la amplitud más alta que no causará un daño excesivo a las piezas soldadas. Para plásticos cristalinos como polietileno y polipropileno, el impacto de la amplitud es mucho mayor que el de plásticos amorfos como ABS y poliestireno. Esto puede deberse a que la fusión y soldadura del plástico cristalino requiere más energía. La amplitud se puede ajustar mecánicamente (cambiando la bocina o el cabezal de soldadura) o eléctricamente (cambiando el voltaje suministrado al transductor). De hecho, los métodos mecánicos se utilizan para ajustes más grandes, mientras que los métodos eléctricos se utilizan para ajustes finos. Los materiales de alto punto de fusión, la soldadura de campo lejano y los plásticos semicristalinos generalmente requieren mayor amplitud que los plásticos amorfos y la soldadura de campo cercano. El rango de amplitud total típico de los plásticos amorfos es de 30-100 μm, mientras que el rango de amplitud total típico de los plásticos cristalinos es de 60-125 μm. La distribución de amplitud puede lograr un buen flujo de masa fundida y un alto constante. El perfil de amplitud puede lograr un buen flujo de masa fundida y una alta resistencia de soldadura constante. Para la amplitud y el nivel de fuerza combinados, use una mayor amplitud y fuerza para comenzar a fundir, luego reduzca la amplitud y la fuerza para reducir la orientación molecular a lo largo de la línea de soldadura.
3.tiempo de soldadura
El tiempo de soldadura es el momento en que se aplica la vibración. Experimente para determinar el tiempo de soldadura apropiado para cada aplicación. Aumentar el tiempo de soldadura aumentará la resistencia de la soldadura hasta que se alcance el tiempo óptimo. Un aumento adicional en el tiempo de soldadura resultará en una disminución en la resistencia de la soldadura o solo en un ligero aumento en la resistencia, mientras que al mismo tiempo aumentará las rebabas de soldadura y aumentará la posibilidad de indentación de la pieza. Evitar la soldadura excesiva es importante porque crea un destello excesivo que debe recortarse, lo que puede reducir la calidad de la soldadura y provocar fugas en las piezas que deben sellarse. El cabezal de soldadura puede rayar la superficie. Para tiempos de soldadura más prolongados, también pueden producirse derretimientos y fracturas en partes alejadas del área de la junta, especialmente en agujeros, soldaduras y esquinas afiladas de las piezas moldeadas.
4.Tiempo de espera
El tiempo de retención se refiere al tiempo nominal para que las piezas se fusionen y solidifiquen sin presión de vibración después de la soldadura. En la mayoría de los casos, este parámetro no es un parámetro crítico. A menos que la carga interna sea fácil de desmontar la pieza soldada (como un resorte helicoidal comprimido antes de soldar), normalmente es suficiente con 0,3 ~ 0,5 s.
5.presión
La presión de soldadura proporciona la fuerza estática requerida para el acoplamiento entre el cabezal de soldadura y la pieza, por lo que la vibración se puede transmitir a la pieza. En la etapa de mantenimiento de presión del ciclo de soldadura, cuando el material fundido en la junta solidifica, la misma carga estática puede asegurar la conexión integral de las piezas. Determinar la presión óptima es esencial para una buena soldadura. Si la presión es demasiado baja, causará un flujo de fusión deficiente o insuficiente en la transferencia de energía, lo que resultará en ciclos de soldadura largos innecesarios. El aumento de la presión de soldadura reducirá el tiempo de soldadura necesario para lograr el mismo desplazamiento. Si la presión es demasiado alta, provocará una orientación molecular a lo largo de la dirección del flujo y reducirá la resistencia de la soldadura, lo que puede provocar una hendidura en la pieza. En casos extremos, si la presión es demasiado alta en relación con el extremo del cabezal de soldadura, puede sobrecargar el cabezal de soldadura y detenerse. En la soldadura ultrasónica, la alta amplitud requiere baja presión y la baja amplitud requiere alta presión. A medida que aumenta la amplitud, el rango de presión aceptable se estrecha. Por tanto, lo más importante para una gran amplitud es encontrar la mejor presión. La mayoría de las soldaduras ultrasónicas se realizan bajo presión constante o fuerza constante. Para algunos equipos, puede cambiar la fuerza durante el ciclo, es decir, realizar un análisis del perfil de fuerza y reducir la fuerza de soldadura durante la aplicación de energía ultrasónica a la pieza. La presión o fuerza de soldadura reducida al final del ciclo de soldadura reducirá la cantidad de material extruido de la junta, extenderá el tiempo de difusión entre moléculas, reducirá la orientación molecular y aumentará la fuerza de soldadura. Para materiales con una viscosidad de fusión más baja similar a la poliamida, esto puede aumentar considerablemente la resistencia de la soldadura.
6.método de soldadura
La soldadura por tiempo se denomina proceso de bucle abierto. Antes de dejar caer y tocar el cabezal de soldadura, las partes que se van a soldar se ensamblan en el accesorio. Luego, el ultrasonido actuará en la pieza durante un período de tiempo fijo, generalmente de 0,2 a 1 s. La soldadura no se realizó con éxito durante este proceso. Bajo el supuesto de que un tiempo de soldadura fijo hace que una cantidad fija de energía actúe sobre la junta y dé como resultado una cantidad controlable de fusión, la soldadura exitosa es una situación ideal. De hecho, la potencia absorbida al mantener la amplitud de un ciclo al siguiente no es la misma. Esto se debe a múltiples factores (por ejemplo, el ajuste entre dos partes). Dado que la energía varía con la potencia y el tiempo, y el tiempo es fijo, la energía aplicada cambia de una parte a otra. Para la producción en masa donde la consistencia es importante, esto es claramente indeseable. La soldadura por energía es un proceso de circuito cerrado con control de retroalimentación. El software de la máquina ultrasónica mide la potencia absorbida y ajusta el tiempo de procesamiento para entregar la entrada de energía requerida a las articulaciones. El supuesto de este proceso es que si la energía consumida por cada soldadura es la misma, la cantidad de material fundido en cada conexión es la misma. Sin embargo, la situación real es que hay una pérdida de energía en el kit de soldadura, especialmente en la interfaz entre el cabezal de soldadura y la pieza. Como resultado, algunas partes pueden recibir más energía que otras, lo que puede causar una resistencia de soldadura inconsistente. La soldadura a distancia permite unir piezas a una profundidad de soldadura específica. Este modo de funcionamiento no depende del tiempo, la energía absorbida o la potencia, y puede compensar cualquier desviación dimensional en la pieza moldeada, asegurando así mejor que la misma cantidad de plástico se derrita en la junta cada vez. Para controlar la calidad, se puede establecer un límite en la energía o el tiempo utilizado para formar la soldadura.
