Parâmetros do processo de soldagem ultrassônica
Os principais parâmetros do processo de soldagem ultrassônica são: amplitude, tempo de soldagem, tempo de retenção de pressão, pressão de soldagem, frequência, etc. A melhor especificação de soldagem depende dos componentes a serem soldados e do equipamento de soldagem usado. O ajuste dos parâmetros de soldagem depende do tamanho e da rigidez da peça, principalmente da distância entre o ponto de contato da cabeça de soldagem e a junta de soldagem. A capacidade de soldagem é limitada pela capacidade do plástico' de transmitir vibração ultrassônica (e as peças não são danificadas).
1 frequência
As frequências comumente usadas para ultrassom são 20, 30 e 40 kHz, e 15 kHz é frequentemente usado para plásticos semicristalinos. 20 kHz é a frequência ultrassônica mais comumente usada, porque a amplitude e a potência necessárias para derreter termoplásticos nesta frequência são fáceis de alcançar, mas pode gerar muitas vibrações mecânicas que são difíceis de controlar e a ferramenta se torna muito grande. Uma frequência mais alta (40 kHz) que produz menos vibração é viável e geralmente é usada para soldar plásticos de engenharia e polímeros reforçados. As vantagens do equipamento de soldagem de alta frequência incluem: baixo ruído, tamanho de peças pequenas, proteção aprimorada de peças (devido à redução da tensão cíclica e aquecimento não seletivo da área externa da interface da junta), controle de energia mecânica aprimorado, pressão de soldagem mais baixa e mais rápido velocidade de processamento. A desvantagem é que é difícil realizar a soldagem em campo distante devido ao pequeno tamanho das peças, a capacidade de potência reduzida e a amplitude reduzida. As máquinas de solda ultrassônica de alta frequência são geralmente usadas para soldar peças pequenas e de precisão (como interruptores elétricos) e peças que requerem menos degradação do material. O soldador de 15 kHz pode soldar rapidamente a maioria dos termoplásticos, na maioria dos casos, menos degradação do material do que o soldador de 20 kHz. As peças que mal podem ser soldadas com 20 kHz (especialmente aquelas feitas de borracha de alto desempenho e tecnologia e equipamentos de plástico) podem ser soldadas com eficácia com 15 kHz. Em frequências mais baixas, a cabeça de soldagem tem um comprimento de ressonância mais longo e pode ser aumentada em todas as dimensões. Outra vantagem importante do uso de 15 kHz é que, em comparação com o uso de frequências mais altas, reduz muito a atenuação das ondas ultrassônicas em plásticos, permitindo a soldagem de plásticos mais macios e distâncias de campo distante maiores.
2 amplitude
A soldagem bem-sucedida depende da amplitude adequada da extremidade da cabeça de soldagem. Para todas as combinações de chifre / cabeça de soldagem, a amplitude é fixa. Selecione a amplitude de acordo com o material a ser soldado para obter um grau apropriado de fusão. De um modo geral, os plásticos semicristalinos requerem mais energia do que os plásticos não cristalinos e, portanto, requerem maior amplitude da extremidade da ponta. O controle do processo em máquinas modernas de soldagem ultrassônica permite gradação. A alta amplitude é usada para iniciar a fusão e a baixa amplitude é usada para controlar a viscosidade do material fundido. Aumentar a amplitude melhorará a qualidade da solda da peça do projeto da junta de cisalhamento. Para juntas de topo, conforme a amplitude aumenta, a qualidade da soldagem melhora e o tempo de soldagem diminui. Na soldagem ultrassônica com barras-guia de energia, a taxa média de perda de calor (Qavg) depende do módulo de perda do compósito (Eʺ), frequência (ω) e deformação de atuação (ε 0) do material: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
O módulo de perda de compósito de termoplásticos está intimamente relacionado à temperatura. Quando o ponto de fusão ou a temperatura de transição vítrea é atingido, o módulo de perda aumenta e mais energia é convertida em calor. Após o início do aquecimento, a temperatura na interface de soldagem aumenta acentuadamente (até 1 000 ℃ / s). A deformação de atuação é proporcional à amplitude da cabeça de soldagem, de forma que o aquecimento da interface de soldagem pode ser controlado alterando a amplitude. A amplitude é um parâmetro importante que controla a taxa de fluxo da extrusão termoplástica. Quando a amplitude é alta, a velocidade de aquecimento da interface de soldagem é maior, a temperatura sobe e o material fundido flui mais rápido, o que leva a um aumento na orientação molecular, um grande número de flashes e uma menor resistência de solda. A alta amplitude é necessária para começar a derreter. Uma amplitude muito baixa produz fusão desigual e solidificação prematura da fusão. Quando a amplitude é aumentada, uma maior quantidade de energia vibratória é consumida no termoplástico, e as peças a serem soldadas ficam sujeitas a maiores esforços. Quando a amplitude é constante ao longo do ciclo de soldagem, costuma-se utilizar a maior amplitude que não cause danos excessivos às peças a serem soldadas. Para plásticos cristalinos, como polietileno e polipropileno, o impacto da amplitude é muito maior do que para plásticos não cristalinos, como ABS e poliestireno. Isso pode ser devido à necessidade de mais energia para fusão e soldagem de plásticos cristalinos. A amplitude pode ser ajustada mecanicamente (alterando a buzina ou a cabeça de soldagem) ou eletricamente (alterando a tensão fornecida ao transdutor). Na prática, o ajuste de amplitude maior adota um método mecânico e o mais fino usa um método elétrico. Materiais de alto ponto de fusão, soldas de campo distante e plásticos semicristalinos geralmente requerem maior amplitude do que plásticos não cristalinos e soldas de campo próximo. A faixa de amplitude total típica dos plásticos amorfos é de 30-100 μm, enquanto a dos plásticos cristalinos é de 60-125 μm. O perfil de amplitude pode alcançar um bom fluxo de fusão e alta resistência de solda consistente. Para níveis combinados de amplitude e força, alta amplitude e força são usadas para iniciar a fusão e, em seguida, a amplitude e a força diminuem para reduzir a orientação molecular ao longo da linha de solda.
3 tempo de soldagem
O tempo de soldagem é o momento em que a vibração é aplicada. O tempo de soldagem apropriado para cada aplicação é determinado por experimento. Aumentar o tempo de soldagem aumentará a resistência da solda até que o tempo ideal seja alcançado. Um aumento adicional no tempo de soldagem resultará em uma diminuição na resistência da solda ou apenas um ligeiro aumento na resistência, enquanto ao mesmo tempo aumentará o flash de solda e aumentará a possibilidade de indentação da peça. É importante evitar soldagem excessiva, pois produzirá rebarbas excessivas que precisam ser aparadas, o que pode reduzir a qualidade da solda e criar vazamentos nas peças que precisam ser vedadas. A cabeça de soldagem pode arranhar a superfície. Para tempos de soldagem mais longos, derretimento e fratura também podem ocorrer em peças distantes da área da junta, especialmente nos orifícios, linhas de solda e cantos vivos na peça moldada.
4 Tempo de espera
O tempo de retenção da pressão refere-se ao tempo nominal para as peças a serem combinadas e solidificadas sob pressão sem vibração após a soldagem. Na maioria dos casos, não é um parâmetro crítico, 0,3 ~ 0,5 s é geralmente suficiente, a menos que a carga interna seja fácil de desmontar a parte soldada (como uma mola helicoidal comprimida antes da soldagem).
5 pressão
A pressão de soldagem fornece a força estática necessária para o acoplamento entre o cabeçote de soldagem e a peça, de forma que a vibração possa ser transmitida para a peça. Quando o material fundido na junta se solidifica durante a fase de retenção de pressão do ciclo de soldagem, a mesma carga estática garante que as peças sejam integradas. A determinação da pressão ideal é essencial para uma boa soldagem. Se a pressão for muito baixa, isso causará um fluxo de fusão pobre ou insuficiente na transferência de energia, levando a ciclos de soldagem longos desnecessários. Aumentar a pressão de soldagem reduzirá o tempo de soldagem necessário para obter o mesmo deslocamento. Se a pressão for muito alta, isso causará orientação molecular ao longo da direção do fluxo e reduzirá a resistência da solda, o que pode causar indentação na peça. Em casos extremos, se a pressão for muito alta em relação à amplitude da extremidade da cabeça de soldagem, pode sobrecarregar e parar a cabeça de soldagem. Na soldagem ultrassônica, alta amplitude requer baixa pressão e baixa amplitude requer alta pressão. À medida que a amplitude aumenta, a faixa de pressão aceitável diminui. Portanto, o mais importante para uma alta amplitude é encontrar a melhor pressão. A maioria da soldagem ultrassônica é realizada sob pressão ou força constante. Para alguns dispositivos, a força pode ser alterada durante o ciclo, ou seja, é realizado o perfilamento da força, e a força de soldagem é reduzida durante a aplicação da energia ultrassônica na peça. A pressão ou força de soldagem que cai no final do ciclo de soldagem reduz a quantidade de material extrudado da junta, prolonga o tempo de difusão entre as moléculas, reduz a orientação molecular e aumenta a resistência da solda. Para materiais com viscosidade de fusão mais baixa semelhante à poliamida, isso pode aumentar muito a resistência da solda.
6 modo de soldagem
A soldagem por tempo é chamada de processo de malha aberta. As peças a serem soldadas são montadas no dispositivo antes que a cabeça de soldagem caia e toque. Então, a onda ultrassônica age no componente por um período fixo de tempo, geralmente 0,2 a 1 s. A soldagem bem-sucedida não ocorreu durante este processo. A soldagem bem-sucedida é uma situação ideal sob a suposição de que um tempo fixo de soldagem faz com que uma quantidade fixa de energia atue na junta, resultando em uma quantidade controlada de fusão. Na verdade, a potência absorvida pela manutenção da amplitude de um ciclo para o próximo não é a mesma. Isso se deve a vários fatores (como o ajuste entre duas partes). Como a energia muda com o poder e o tempo, e o tempo é fixo, a energia aplicada mudará de uma parte para a outra. Para a produção em massa, onde a consistência é importante, isso é claramente indesejável. A soldagem por energia é um processo de circuito fechado com controle de feedback. O software da máquina ultrassônica mede a potência absorvida e ajusta o tempo de processamento para fornecer a entrada de energia necessária para a junta. A suposição desse processo é que, se a energia consumida por cada solda for a mesma, a quantidade de material fundido na junta será sempre a mesma. Porém, a situação atual é que há perda de energia no kit de soldagem e principalmente na interface entre o cabeçote de soldagem e a peça. Como resultado, algumas peças podem receber mais energia do que outras, o que pode causar resistência de solda inconsistente. A soldagem por distância permite que as peças sejam unidas em uma profundidade de soldagem específica. Este modo de operação não depende de tempo, energia absorvida ou potência, e compensa quaisquer desvios dimensionais na peça moldada, garantindo assim que a mesma quantidade de plástico seja derretida na junta todas as vezes. A fim de controlar a qualidade, um limite pode ser definido na energia ou tempo usado para formar a solda
