Суть методу. Ультразвукове зварювання пластмас (УЗЗ) полягає в тому

Ультразвукове зварювання пластмас (УЗЗ) полягає в тому, що електричні коливання частоти (18…50 КГц), які виробляється генератором, перетворюються в механічні коливання зварювального інструменту хвилеводу і вводяться у зварювальний матеріал. Тут частина енергії механічних коливань переходить у теплову, що призводить до нагрівання зони контакту з'єднувальних деталей до температур в'язко-текучого стану. Для забезпечення необхідних умов вводу механічних коливань та створення тісного контакту зварюваних поверхонь прикладається тиск між хвильоводом та опорою [18, 19].

Основними відмінними рисами УЗЗ пластмас є:

- можливість зварювання по поверхнях, забруднених різними продуктами;

- локальне виділення тепла в зоні зварювання, що виключає перегрів пластмаси;

- можливість отримання нероз'ємного з'єднання при зварюванні твердих пластмас на великій відстані від точки вводу УЗ енергії;

- можливість виконання з'єднань у важкодоступних місцях;

- при УЗЗ нагрів матеріалу до температури зварювання відбувається швидко, час нагріву вичислюється секундами і долями секунди.

За характером передачі механічної енергії та розподілу її по зварювальних поверхнях УЗЗ ділиться на контактне і передаточне.

Можливість передачі механічної енергії в зоні зварювання залежить від пружних властивостей та коефіцієнту затухання коливань у зварювальних матеріалах. Якщо полімер характеризується низьким модулем пружності та великим коефіцієнтом затухання, то зварне з'єднання можна отримати лише на близькій відстані від площини вводу коливань. Зварювання за такою схемою порівнюється з контактним УЗЗ. Контактне УЗЗ використовується для з'єднання деталей з м'яких пластмас, таких як поліетилен, поліпропілен, а також з плівок та синтетичних тканин невеликої товщини – від 0,02 до 5 мм. При цьому методі найбільш поширені напускні з'єднання.

Якщо полімер має високий модуль пружності та низький коефіцієнт затухання, то зварне з'єднання можна отримувати на великій віддалі від вводу механічних коливань, зварювання за такою схемою називається передаточним УЗЗ пластмас. Передаточне зварювання рекомендують використовувати для з'єднання об'ємних деталей із твердих пластмас, таких як полістирол, поліметилметакрилат, капрон. Такі з'єднання отримують в стик. Відстань поверхні вводу механічних коливань від площини з розділу зварювальних деталей залежить від пружних властивостей матеріалу і може становити від 10 до 250 мм.

Встановлено, що розвиток та утворення зварного з'єднання залежить від ступеня концентрації напружень у зоні зварювання і може бути інтенсифіковано за рахунок створення штучних концентраторів напруження. Найбільш поширеним способом зварювання з використанням штучних концентраторів є зварювання з розробкою кромок, при чому найкращі результати отримують, коли одна з деталей має V-подібний виступ. Концентрація напружень може бути створена при збільшенні шорсткості поверхонь або коли на зварювальні поверхні насипають крихти з того ж матеріалу.

В залежності від переміщення хвилеводу відносно виробу УЗЗ діляться на пресове та неперервне. Пресове зварювання виконують за один рух хвилеводу і використовують як для контактоного, так і для передаточного зварювання. Неперервне зварювання забезпечує отримання неперервних протяжних зварних швів за рахунок відносного переміщення хвилеводу і зварюваних деталей і використовується для зварювання виробів із полімерних плівок та синтетичних тканин. Тут використовується як ручне, так і механізоване зварювання. Для неперервного зварювання використовуються схеми з фіксованою усадкою і фіксованим зазором.

Можливість отримання зварних з'єднань визначається кількістю теплової енергії, що виділяється в зоні з'єднання та відводиться від неї. Так як кількість виділеної в зоні зварювання енергії визначається кількістю введеної енергії, то виникає необхідність дозування останньої.

За принципом дозування введеної механічної енергії УЗЗ ділиться на:

- зварювання з фіксованим часом протікання ультразвукового імпульсу;

- зварювання з фіксованою осадкою;

- зварювання з фіксованим зазором;

- зварювання з дозуванням енергії за кінетичною характеристикою.

5.2.Технологія ультразвукового зварювання

Основними технологічними параметрами УЗЗ є: амплітуда коливань робочого торця хвилеводу А, (мкм), частота коливань f, (КГц); тривалість ультразвукового імпульсу t, (с) або у випадку неперервного зварювання – швидкість зварювання V_ЗВ, (м/c); зусилля приживання F, (H) хвилеводу до матеріалу.

Додаткові параметри режиму зварювання – розміри, форма і матеріал опори і хвилеводу, матеріал теплоізоляційних прокладок, температура попереднього підігрівання хвилеводу та ін.

Основні параметри режиму зварювання взаємозв'язані. Час, необхідний для зварювання, залежить від амплітуди коливань та зварюваного тиску. При більш високих амплітудах необхідні властивості зварних з'єднань можуть бути досягнуті при меншому часі зварювання, і навпаки. Визначальним параметром режиму ультразвукового зварювання є амплітуда коливань робочого торця хвилеводу, яка вибирається в межах 30…70 мкм. Оптимальному значенню амплітуди відповідає максимальна міцність та найкраща якість зварного з'єднання. Амплітуда коливань необхідна для забезпечення якісного зварювання, зв'язана з величиною зварювального тиску, і крім цього залежить від геометричних розмірів зварюваних деталей, типу зварюваних полімерів і опори, які визначають розподіл характеристик звукового поля.

Оптимальні параметри режиму зварювання залежить від властивостей зварювального матеріалу, товщини і форми виробів, та інших факторів, і встановлюються в кожному конкретному випадку експериментально. Оцінка ефективності режимів зварювання, як правило, проводиться за показниками міцності зварного з'єднання. Крім того його перевіряють на герметичність, деформації та інші показники.

Властивості зварних з'єднань залежать не тільки від параметрів зварювання, але і від робочого циклу. Робочий цикл визначається послідовністю прикладання тиску, включення, проходження та виключення ультразвукового імпульсу, витримки деталі під тиском та зняття тиску. Цикл зварювання закладається в основу вибору схеми механізму тиску та включення ультразвукових коливань зварювальних машин.

Найбільш поширений цикл ультразвукового зварювання – статичний тиск – ультразвук. Статичний тиск Р _СТ прикладається до включення ультразвукових коливань, залишається сталим протягом всього циклу і знімається із запізненням, після закінчення формування зварного з'єднання. Охолодження матеріалу зварного шва починається коли деталі ще притиснуті між хвилеводом та опорою. Протягом всієї операції зварювання ультразвукові коливання вводяться без перерви у вигляді одного імпульсу. Такий цикл зварювання використовується на ультразвукових установках МТУ-15; УПК-15 і УПМ-21.

При циклі ультразвук – статичний тиск ультразвукові коливання включаються до прикладання тиску. Першочергове включення ультразвуку дозволяє очистити зварювані поверхні від забруднень.

При зварювання деталей із твердих полімерів з метою ущільнення та підвищення міцності зварного шва безпосередньо після виключення ультразвукових коливань, збільшується тиск на хвилевід. Підвищення тиску (кувальне зусилля) повинно слідувати за виключенням ультразвукових коливань через невеликий контрольований інтервал часу. При відносно великому часі використання проковки не дає результатів, оскільки зварювальний матеріал встигає остинути до її початку. При дуже малому часі можливе видавлювання розплавленого матеріалу із місця зварювання під дією значного кувального зусилля. В даному випадку можливі виплески та пропали полімеру. Такий робочий цикл доречно використати при необхідності отримання геометричного шва на об'ємних деталях, виготовлених з удароміцного полістиролу. При цьому використовуються спеціальні розробки шва у вигляді замкових та клинових канав.

Дата добавления: 2015-07-10