Primjena principa ultrazvučnog rezanja i zavarivanja traka

Princip ultrazvučnog rezanja i zavarivanja

Ultrazvučno rezanje i zavarivanje je podoblast ultrazvučnih primjena u industriji i sve se šire koristi zbog svojih ekološki prihvatljivih, efikasnih i estetski ugodnih karakteristika.

Princip ultrazvučnog rezanja i zavarivanja

Ultrazvučno rezanje i zavarivanje trake koristi visokofrekventne mehaničke vibracije od 20-40kHz, prenoseći energiju na kontaktnu površinu trake kroz glavu za zavarivanje. 1. Pretvaranje energije: Ultrazvučni generator pretvara električnu energiju u visokofrekventne mehaničke vibracije, koje se pojačavaju transformatorom amplitude, a zatim prenose na glavu za zavarivanje. 2. Generisanje toplote trenjem: Glava za zavarivanje pritiska traku, uzrokujući visokofrekventno trenje između vlakana unutar trake, trenutno generirajući lokalizovane visoke temperature od 500-1000℃. 3. Sinhrono zavarivanje i rezanje: Visoka temperatura topi vlakna trake (kao što su najlon i poliester), dok pritisak glave za zavarivanje sabija rastopljeni dio, formirajući jak sloj zavara. Ako se koristi sa specifičnom glavom za zavarivanje sa reznom ivicom, visoka temperatura može istovremeno rezati traku, postižući integrisano "rezanje + zavarivanje". 4. Hlađenje i oblikovanje: Nakon prestanka vibracija, pritisak se održava 0,1-0,5 sekundi, omogućavajući zavarenom području da se brzo ohladi i stvrdne, završavajući proces rezanja i zavarivanja. (Pneumatski sistemi pružaju amortizaciju, a također osiguravaju hlađenje i oblikovanje tokom procesa rezanja i zavarivanja.)

Sastav ultrazvučnog sistema za rezanje i zavarivanje

Uobičajeno korišteni ultrazvučni sistem za zavarivanje plastike sastoji se od tri glavne komponente: ultrazvučnog generatora (električne kutije), ultrazvučni pretvarač (vibrator) i ultrazvučni kalup (glava kalupa, glava za zavarivanje, rog).

Ultrazvučni generator (razvodna kutija), ultrazvučni pretvarači (vibratori), ultrazvučni kalupi (glave kalupa, glave za zavarivanje, hupe)

1. Ultrazvučni generator (električna kutija): Pretvara mrežnu struju u stabilan visokofrekventni, visokonaponski izlaz.

2. Ultrazvučni pretvarač (oscilator): Akustični uređaj koji pretvara energiju, transformirajući električnu energiju u mehaničku energiju.

3. Pojačalo: Amplituda mehaničkih vibracija pretvarača mijenja se putem unaprijed dizajniranog omjera pojačanja.

4. Kalupi (glave za zavarivanje, rogovi): Prilagođeno specifičnim dimenzijama prema potrebama zavarivanja i rezanja, te dizajnirano s akustičnim karakteristikama kako bi se zadovoljili zahtjevi rezonancije ultrazvučnog sistema. U nastavku ću koristiti nekoliko formula za objašnjenje fenomena podešavanja parametara u primjenama.

Energija = Amplituda * Pritisak * Vrijeme * Konstanta K = Snaga * Vrijeme

Gornje formule pokazuju da su kod zavarivanja i rezanja amplituda ultrazvučnog talasa (koja se može podesiti na generatoru), pritisak (pritisak vazduha ili obrtni moment električnog cilindra, kao i strukturna krutost i tvrdoća) i vrijeme emisije talasa pozitivno korelirani sa efektom zavarivanja i rezanja. Drugim riječima, ako proizvod nije dobro izrezan, ovi parametri se mogu pozitivno podesiti. Da li to znači da što su ovi parametri viši, to bolje? Naravno da ne!

P = K∗A∗f∗δ, gdje P predstavlja snagu zavarivanja, u W;

K. je konstanta čija je veličina povezana s provodljivošću zvuka i disipacijom energije materijala. To znači da obično kažemo da različiti materijali zahtijevaju različito fino podešavanje parametara kako bi ispunili zahtjeve.

A predstavlja površinu zavarenog reza, mjerenu u kvadratnim metrima (㎡). Ovo je kontaktna površina zavarenog reza, tako da dužina i ugao rezne ivice obično određuju ovu površinu.

f je ultrazvučna frekvencija, što znači da je teoretski lakše zavariti više frekvencije. Međutim, akustički, što je veća frekvencija, to je teže postići veliku amplitudu; jedinica je Hz.

dan predstavlja amplitudu, mjerenu u metrima (m). Teoretski, veća amplituda rezultira boljim zavarivanjem i rezanjem. Međutim, vijek trajanja metalnih materijala do zamora povezan je s frekvencijom, svojstvima materijala, naponom, vremenom, pritiskom i tvrdoćom, te je stoga pod utjecajem drugih parametara.

Šest faktora koji utiču na rezultate ultrazvučnog rezanja i zavarivanja:

Pritisak + Vrijeme + Mehanička struktura + Materijali proizvoda + Otklanjanje grešaka

1. Ultrazvučni pritisak zavarivanja

Primjena odgovarajućeg pritiska na površinu zavarivanja uzrokuje prelazak materijala za zavarivanje iz elastičnog u plastično stanje, potiče molekularnu međusobnu difuziju i istiskuje preostali zrak iz zavara, čime se povećavaju performanse zaptivanja površine zavara. Pritisak uglavnom ne prelazi 0,5 MPa.

2. Vrijeme ultrazvučnog zavarivanja/rezanja (vrijeme emisije talasa)

Odgovarajuće vrijeme topljenja i dovoljno vrijeme hlađenja su neophodni. Sa fiksnim izlazom toplote, nedovoljno vrijeme će rezultirati nepotpunim zavarivanjem, dok će prekomjerno vrijeme uzrokovati deformaciju zavara, prelijevanje troske, a ponekad i vruće tačke (promjenu boje) u nezavarenim područjima. Ključno je osigurati da površina zavara apsorbuje dovoljno toplote da dostigne potpuno rastopljeno stanje kako bi se garantovala adekvatna molekularna difuzija i fuzija. Istovremeno, potrebno je dovoljno vrijeme hlađenja da bi zavar postigao odgovarajuću čvrstoću.

3. Ultrazvučna amplituda

4. Mehanička struktura

Preciznost i stabilnost izrade okvira direktno utiču na efekat zavarivanja, posebno kod nekih preciznih proizvoda, gdje mehanička struktura mora odgovarati preciznosti proizvoda.

5. Materijali proizvoda

Faktori kao što su materijal zavarenih dijelova, njihova struktura, debljina i otpornost na pritisak također direktno utiču na efekat zavarivanja.

6. Otklanjanje grešaka u opremi

Zaključno, da bi proizvod postigao najbolje rezultate ultrazvučnog rezanja i zavarivanja, otklanjanje grešaka na opremi je također važna garancija. Fleksibilno usklađivanje i podešavanje različitih parametara i otklanjanje grešaka na licu mjesta od strane inženjera igraju važnu ulogu.