Как ультразвуковой сварочный аппарат генерирует тепло?
Технология ультразвуковой сварки является распространенной технологией в области сварки пластмасс из-за ее преимуществ экономичности, надежности и легкой интеграции с автоматизацией. В отличие от традиционных источников тепла, которые выделяют тепло при прямом контакте с пластиком, ультразвуковая сварка выделяет тепло за счет трения.
1. Амплитуда, частота и длина волны
При ультразвуковой сварке продольные волны передаются в виде высоких частот, что приводит к механическим колебаниям малой амплитуды. Электрическая энергия сварочного аппарата преобразуется в механическую энергию возвратно-поступательного движения. Чтобы понять взаимосвязь между амплитудой, частотой и длиной волны, а также то, как они связаны с выделением тепла, нам необходимо понять основные компоненты ультразвуковой сварочной машины.
Основными компонентами ультразвукового сварочного аппарата являются генератор мощности, преобразователь, амплитудный модулятор (иногда называемый рупором) и сварочная головка. Генератор энергии преобразует источник питания 50-60Гц с напряжением 120В/240В в источник питания, работающий на частоте 20-40КГц, с напряжением 1300В. Эта энергия подается на преобразователь, который использует пьезоэлектрическую керамику в форме диска для преобразования электрической энергии в механическую вибрацию, то есть, когда высокочастотный ток проходит через пьезоэлектрическую керамику, пьезоэлектрическая керамика будет генерировать деформационное смещение.
Преобразователь передает вибрацию на амплитудный модулятор. Амплитудный модулятор усиливает амплитуду ультразвуковой волны и продолжает передавать ее на сварочную головку. Рупор продолжает усиливать амплитуду ультразвуковых волн и входит в контакт с деталью.
В конечном итоге энергия передается в места сварки ребер двух частей сборки. Поскольку сварочное ребро спроектировано с острой вершиной, энергия концентрируется в точке вершины, а тепло трения генерируется под давлением. Это тепло генерируется двумя видами трения: поверхностным трением между материалами верхней и нижней частей и межмолекулярным трением внутри материала. Именно тепло, выделяемое трением, заставляет верхнюю и нижнюю части расплавляться и соединяться вместе в месте сварки.
2. Понять скорость нагрева
Для одного и того же материала скорость нагрева определяют три фактора: частота, амплитуда и сварочное давление. Для существующего оборудования, такого как машины 15 кГц, 20 кГц, 30 кГц или 40 кГц, частота является фиксированной. Таким образом, скорость нагрева обычно можно изменить с помощью сварочного давления. Как правило, чем выше давление, тем выше скорость нагрева. В качестве альтернативы можно варьировать амплитуду, как и при давлении, чем больше амплитуда, тем выше скорость нагрева.
Конечно, чрезмерное давление и амплитуда также могут отрицательно сказаться на качестве сварки, например, вызвать ухудшение качества материала, утечки, трещины и облоя. Поэтому ультразвуковая сварка требует процесса оптимизации параметров процесса. После определения параметров процесс сварки может обеспечить стабильную производительность с высокой скоростью и высокой прочностью сварки. Именно поэтому ультразвуковая сварка широко используется в массовом производстве.
3. Время, расстояние, мощность и энергия
Количество тепла, необходимое для сварки, зависит от типа материала, конструкции сварного шва и характеристик оборудования. Традиционным методом контроля нагрева является сварка по временному режиму, то есть сварка в течение определенного времени, например 0.2-1 с (обычно менее 1 с). Однако с помощью современного оборудования для ультразвуковой сварки часто можно устанавливать и контролировать расстояние сварки, мощность и энергию. При наличии должным образом обученных операторов корректировка параметров также может выполняться в соответствии с фактическими условиями и различными материалами, что обеспечивает стабильные результаты сварки. Это также значительно повышает гибкость и надежность сварки.