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. As melhores especificações de soldagem dependem das peças a serem soldadas e do equipamento de soldagem utilizado. 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 vibrações ultrassônicas (e as peças não são danificadas).
1. Freqüência
As frequências comumente usadas para ultrassom são 20, 30 e 40 kHz, e para plásticos semicristalinos, 15 kHz. 20 kHz é a frequência ultrassônica mais comumente usada porque é fácil obter a amplitude e a potência necessárias para derreter termoplásticos nesta frequência, 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 pequeno da peça, proteção aprimorada da peça (devido ao estresse cíclico reduzido e aquecimento não seletivo da área externa da interface da junta), controle aprimorado da energia mecânica, pressão de soldagem reduzida , e A velocidade de processamento é mais rápida. A desvantagem é que é difícil realizar a soldagem de campo distante devido ao pequeno tamanho das peças, capacidade de potência reduzida e amplitude reduzida. As máquinas de solda ultrassônica de alta frequência são normalmente usadas para soldar pequenas peças 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 e, na maioria dos casos, a degradação do material não é tão boa quanto o soldador de 20 kHz. As peças que são difíceis de soldar a 20 kHz (especialmente peças feitas de borracha de alto desempenho e tecnologia e equipamentos de plástico) podem ser soldadas com eficiência de 15 kHz. Em frequências mais baixas, o comprimento ressonante da cabeça de soldagem é maior e pode ser maior em todos os tamanhos. Outra vantagem importante de usar 15 kHz é que, em comparação com o uso de frequências mais altas, pode reduzir muito a atenuação das ondas ultrassônicas em plásticos, de modo que plásticos mais macios podem ser soldados e uma distância de campo distante maior pode ser alcançada.
2. Quadros
O sucesso da soldagem depende da amplitude adequada da extremidade da cabeça de soldagem. Para todas as combinações de chifre / cabeça de soldagem, a amplitude é fixa. Escolha a amplitude de acordo com o material a ser soldado para obter o grau de fusão adequado. De um modo geral, os plásticos semicristalinos requerem mais energia do que os plásticos não cristalinos e, portanto, requerem uma amplitude de ponta maior. O controle do processo nas modernas máquinas de solda ultrassônica permite a classificação. A alta amplitude é usada para iniciar a fusão e a baixa amplitude é usada para controlar a viscosidade do material fundido. O aumento melhorará a qualidade de soldagem das peças 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. Ao usar uma haste guia de energia para soldagem ultrassônica, a taxa média de perda de calor (Qavg) depende do módulo de perda do composto (Eʺ), frequência (ω) e deformação de atuação (ε0) do material: Qavg=ωε02Eʺ / 2
O módulo de perda de compósito dos 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 da interface de soldagem aumenta acentuadamente (até 1000 ° C / s). A deformação aplicada é proporcional à amplitude da junta soldada, de forma que o aquecimento da interface soldada pode ser controlado alterando a amplitude. A amplitude é um parâmetro importante para controlar o fluxo de extrusão termoplástica. Quando a amplitude é grande, a velocidade de aquecimento da interface de soldagem torna-se mais alta, a temperatura aumenta e o fluxo do material fundido acelera, o que leva a um aumento na orientação molecular, um aumento no flash e uma diminuição na força de soldagem. A alta amplitude é necessária para começar a derreter. Amplitude muito baixa causará derretimento desigual e solidificação prematura do fundido. Quando a amplitude aumenta, o material termoplástico vai consumir mais energia vibratória e as peças a serem soldadas suportam maior tensão. Quando a amplitude permanece constante ao longo do ciclo de soldagem, geralmente é utilizada a maior amplitude que não cause danos excessivos às peças soldadas. Para plásticos cristalinos, como polietileno e polipropileno, o impacto da amplitude é muito maior do que o de plásticos amorfos, como ABS e poliestireno. Isso pode ocorrer porque o derretimento e a soldagem de plástico cristalino requerem mais energia. A amplitude pode ser ajustada mecanicamente (alterando a buzina ou a cabeça de soldagem) ou eletricamente (alterando a tensão fornecida ao transdutor). Na verdade, os métodos mecânicos são usados para ajustes maiores, enquanto os métodos elétricos são usados para ajustes finos. Materiais de alto ponto de fusão, soldagem de campo distante e plásticos semicristalinos geralmente requerem maior amplitude do que plásticos amorfos e soldagem de campo próximo. A faixa de amplitude total típica de plásticos amorfos é 30-100 μm, enquanto a faixa de amplitude total típica de plásticos cristalinos é de 60-125 μm. A distribuição de amplitude pode atingir um bom fluxo de fusão e alta consistente. O perfil de amplitude pode atingir um bom fluxo de fusão e alta resistência de soldagem consistente. Para o nível combinado de amplitude e força, use uma amplitude e força maiores para começar a derreter e, em seguida, reduza a amplitude e a força 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. Experimente determinar o tempo de soldagem apropriado para cada aplicação. Aumentar o tempo de soldagem aumentará a resistência de soldagem até que o tempo ideal seja alcançado. Um aumento adicional no tempo de soldagem resultará em uma diminuição na resistência de soldagem ou apenas um ligeiro aumento na resistência, enquanto ao mesmo tempo aumentará as rebarbas de soldagem e aumentará a possibilidade de indentação da peça. Evitar soldagem excessiva é importante porque cria um excesso de rebarba que precisa ser aparado, o que pode reduzir a qualidade da solda e causar vazamento de 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 em orifícios, soldas e cantos vivos de peças moldadas.
4. Tempo de espera
O tempo de espera refere-se ao tempo nominal das peças a serem unidas e solidificadas sem pressão de vibração após a soldagem. Na maioria dos casos, este parâmetro não é um parâmetro crítico. A menos que a carga interna seja fácil de desmontar a peça soldada (como uma mola helicoidal comprimida antes da soldagem), 0,3 ~ 0,5 s geralmente é suficiente.
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 à peça. Na fase de sustentação da pressão do ciclo de soldagem, quando o material fundido na junta se solidifica, a mesma carga estática pode garantir a conexão integral das peças. Determinar a 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, resultando em longos ciclos de soldagem desnecessários. Aumentar a pressão de soldagem reduzirá o tempo de soldagem necessário para obter o mesmo deslocamento. Se a pressão for muito alta, causará orientação molecular ao longo da direção do fluxo e reduzirá a resistência de soldagem, o que pode causar indentação da peça. Em casos extremos, se a pressão for muito alta em relação ao final da cabeça de soldagem, ela pode sobrecarregar a cabeça de soldagem e parar. Na soldagem ultrassônica, alta amplitude requer baixa pressão e baixa amplitude requer alta pressão. Conforme a amplitude aumenta, a faixa de pressão aceitável se estreita. 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 equipamentos, pode-se alterar a força durante o ciclo, ou seja, realizar uma análise do perfil de força e reduzir a força de soldagem durante a aplicação da energia ultrassônica na peça. A redução da pressão ou força de soldagem no final do ciclo de soldagem reduzirá a quantidade de material extrudado da junta, estenderá o tempo de difusão entre as moléculas, reduzirá a orientação molecular e aumentará a força de soldagem. Para materiais com uma viscosidade de fusão mais baixa semelhante à poliamida, isso pode aumentar muito a resistência da solda.
6. Método de soldagem
A soldagem de tempo é chamada de processo de malha aberta. Antes de a cabeça de soldagem cair e ser tocada, as peças a serem soldadas são montadas no dispositivo de fixação. Em seguida, o ultrassom atuará na peça por um período fixo de tempo, geralmente 0,2 a 1 s. A soldagem não foi realizada com sucesso durante este processo. Partindo do pressuposto de que um tempo de soldagem fixo faz com que uma quantidade fixa de energia atue na junta e resulte em uma quantidade controlável de fusão, a soldagem bem-sucedida é uma situação ideal. 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 (por exemplo, o ajuste entre duas partes). Como a energia varia com a potência e o tempo, e o tempo é fixo, a energia aplicada muda de uma parte para 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 às juntas. A suposição desse processo é que se a energia consumida por cada soldagem for a mesma, a quantidade de material fundido em cada conexão será a mesma. Porém, a situação atual é que há perda de energia no kit de soldagem, 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 soldagem inconsistente. A soldagem por distância permite que as peças sejam unidas em uma profundidade de soldagem específica. Este modo de operação não depende do tempo, da energia absorvida ou da potência, e pode compensar quaisquer desvios dimensionais na peça moldada, garantindo assim que a mesma quantidade de plástico seja derretida na junta todas as vezes. Para controlar a qualidade, um limite pode ser definido para a energia ou o tempo usado para formar a solda.
