Оборудование ультразвуковая сварка пластмасс

Обновлено: 18.05.2024

Более 40 % изделий из полимерных материалов требуют их сборки из отдельных деталей. Детали из термопластичных полимерных материалов соединяются, главным образом, методами сварки, в числе которых особое место занимает ультразвуковая сварка (УЗС). Механизм УЗС основан, как известно, на преобразовании в соединяемых деталях энергии механических колебаний рабочего инструмента (волновода) в теплоту, выделяющуюся непосредственно в месте соединения. На практике используют большое число разновидностей УЗС, различающихся вводом к(в)олебаний (нормальным или тангенциальным), способом их передачи к свариваемым поверхностям (контактная или передаточная УЗС), способом дозирования подводимой энергии (УЗС с управлением по деформационному критерию, по кинетической характеристике, по фиксированному времени) и т.д.

Отличительными особенностями УЗС пластмасс являются:

— малое время сварки (не более нескольких секунд или долей секунд) благодаря очень быстрому разогреву материала в месте соединения;

— высокое качество сварного соединения и стабильность процесса;

— возможность сварки по загрязненным поверхностям;

— локальное выделение теплоты в зоне сварки, что исключает перегрев материала, как это имеет место в ряде других методов сварки;

— возможность сварки ряда деталей, отличающихся повышенной жесткостью, на большом удалении от точки ввода УЗ энергии (передаточная УЗС);

— возможность выполнения соединений в труднодоступных местах.

Благодаря полной автоматизации процесса и возможности встраивания его аппаратурного оснащения в технологические линии применение УЗС особенно целесообразно в условиях крупносерийного и массового производства.

Одним из примеров успешного применения УЗС является серийное производство георешеток, на которые постоянно растет спрос в связи с расширением дорожного строительства и которые предназначены для армирования заполняющего их грунта, щебня, песка и других строительных материалов. Как известно, георешетки представляют собой трехмерную сотовую структуру, изготовливаемую обычно из полиолефиновых лент и скрепляемых между собой сварными швами. Поэтому с учетом серийности производства и большого количества сварных швов, приходящихся на одну георешетку, в качестве наиболее предпочтительного метода сварки была выбрана УЗС, отличающаяся, в числе других перечисленных выше преимуществ, минимальным временем собственно сварки и всего цикла в целом (с учетом времени охлаждения под давлением).

В тех случаях, когда речь идет о сварке сложных и (или) крупногабаритных изделий, подобных георешеткам, решать приходится гораздо более сложные задачи, чем просто выбор метода сварки и сварочной машины, которая становится лишь узлом производственной установки или линии. Опыт, накопленный специалистами ООО «Технический центр «Виндэк», показывает, что для полноценного решения производственных задач заказчика в общем случае требуется провести следующие мероприятия:

— получение первичного технического задания и образцов заготовок от заказчика;

— подбор комплекта оборудования для УЗС и оптимизация основных условий и технологических параметров сварочного процесса (конфигурации волноводов и опоры, времени сварки, амплитуды колебаний волновода, давления прижима и др.);

— сварка опытной партии изделий и отправка их заказчику для приемочного контроля качества;

— подписание договора поставки, гарантийного и сервисного обслуживания;

— изготовление комплекта установки для УЗС;

— сдача заказчику рабочей установки с проведением контрольных сварочных работ;

— доставка оборудования заказчику, проведение пуско-наладочных работ и обучение персонала.

Кроме того, необходимо обеспечить гарантийное и сервисное обслуживание, а также оперативную поставку запасных и расходных частей к установке. В результате технические специалисты предприятий получают при перевооружении производства и обновлении станочного парка реально работающее решение, а не упаковочный ящик с «передовой и новейшей» установкой. В зависимости от пожеланий предприятия-заказчика возможна как полная, так и частичная автоматизация процесса.

Описанная выше последовательность работ была выполнена, в частности, при разработке автоматизированной установки для сварки георешеток, которая состоит из прецизионного УЗ аппарата производства компании Telsonic и устройства для подачи лент к зоне сварки (см. титульное фото). При решении данной задачи были учтены обязательные требования, предъявляемые Росавтодором к качеству используемого оборудования и материалов. «На выходе» предприятие имело не только высококачественное современное оборудование, но и отработанную и зафиксированную в программном обеспечении технологию сварки собственных изделий, а также обученный персонал, способный выпускать георешетки, готовые к укладке.

Следует отметить, что выбор производителя оборудования для УЗС был не случаен: компания Telsonic AG (г. Броншхофен, Швейцария) накопила почти 50-летний опыт в этой области, а ее сварочные машины востребованы ведущими мировыми компаниями и крупными российскими предприятиями.

Примерами других готовых решений «ВИНДЭК», разработанных с применением УЗ-оборудования Telsonic и реализованных «под ключ» с последующим сервисным обеспечением и обучением персонала заказчика, являются установки:

— для производства различных изделий (в том числе из нетканых полимерных материалов) для пищевой, химической, авиационной, автомобильной и других отраслей промышленности;

Оборудование для ультразвуковой сварки пластика (пластмасс)

ООО «Технический центр Виндэк» — эксклюзивный представитель швейцарской компании TELSONIC AG в России, предлагает продажу и комплексное обслуживание прецизионного современного оборудования для ультразвуковой сварки пластмасс. Стремясь предоставить нашим клиентам максимально эффективную, надёжную и безопасную технику, мы выбрали одного из самых авторитетных производителей оборудования для УЗ-сварки. Индивидуальный подход к каждому проекту заказчика позволяет решить актуальные технические задачи, оптимизировать режимы ультразвуковой сварки и производственный процесс в целом.

Активаторы применяются в условиях ограниченного пространства, когда ультразвуковую технологию необходимо внедрить в уже существующую линию. Они включают в себя все функции присущие сварочным прессам TELSONIC AG, поэтому гарантируют наилучшую воспроизводимость процессов при высоких производственных скоростях.

Оборудование для ультразвуковой сварки пластмасс Telsonic Ultrasonic AG, которое мы предлагаем, уже востребовано такими мировыми брендами, как BMW, Mercedes-Benz, Bosch, 3M, Tetra Pak, DuPont, Gillette, Philips, а также крупными российскими предприятиями — Аквафор, Димитровградский автоагрегатный завод, 494 УНР, ЗАО «Меттэм-Технологии» (фильтры для воды «Барьер») и многими другими. Качество, оптимизация процессов, экономия — всё это играет важную роль в успехе и стабильности этих компаний. И продукция Telsonic Ultrasonic AG полностью отвечает их высоким запросам.

Как происходит ультразвуковая сварка пластмасс?

Ультразвуковой генератор вырабатывает электрические колебания ультразвуковой частоты (20 — 50кГц), преобразуемые пьезокерамическим конвертером в механические колебания сварочного инструмента (волновода или сонотрода). Под действием пневмоцилиндра волновод прижимает свариваемые детали друг к другу и передаёт колебания в зону ультразвуковой сварки. В результате свариваемые полимеры деформируются и диффузируют между собой: аморфные материалы переходят в вязкотекучее состояние, а кристаллические нагреваются до температуры плавления кристаллов. Ультразвук отключается, а детали ещё некоторое время выдерживаются под давлением «холодного» волновода для равномерного распределения расплавленного материала в сварочном шве и его застывания. Затем волновод поднимается в исходное положение, а готовое изделие извлекается из опоры. Как правило, детали соединяются «внахлёст». При этом принято различать точечную ультразвуковую сварку, шовную сварку и сварку по периметру изделия.

Основными отличительными чертами УЗС пластмасс является:

возможность УЗС, в т.ч. автоматизированной, по поверхностям, загрязненным различными продуктами;
локальное выделение теплоты в зоне сварки, что исключает перегрев пластмассы, как это имеет место при сварке нагретым инструментом, нагретыми газами и т.д.;
возможность получения неразъемного соединения при сварке жестких пластмасс на большом удалении от точки ввода УЗ энергии;
возможность выполнения соединений в труднодоступных местах;
при УЗС нагрев материала до температуры сварки осуществляется быстро; время нагрева исчисляется долями секунды.

Техническим центром «ВИНДЭК» производятся и поставляются комплекты оборудования для следующих технологических операций:

ультразвуковой сварки пластмасс (полистирола, АБС-пластика, полиэтилена, лавсана, капрона и т.п.), применяемых в пищевой, химической, авиационной, автомобильной, и других отраслях промышленности;
производства дорожной георешетки;
ультразвуковой резки термопластичных материалов-полимеров различных марок, бумаги, пленок, продуктов питания и др.;
армирования пластмасс металлами, развальцовки заклепок из полимера, нарезания резьбы в пластмассе, соединение пластмасс с металлами;
изготовление изделий из нетканых материалов на основе полипропилена, капрона, лавсана и др.

Сфера применения ультразвуковой сварки

Технология позволяет надёжно соединять детали из поликарбоната, полистирола, полипропилена, поливинилхлорида, полиамида и других термопластичных полимерных материалов, а также их комбинаций. На производстве изделий с применением искусственных кож, полусинтетических тканей и нетканых материалов ультразвуковая сварка позволяет добиться наилучшего качества с минимальными затратами.

УЗ-сварка широко используется в электронной, электротехнической, автомобильной промышленности, в медицине. Автомобильные фары и фонари, георешетка для укрепления склонов, медицинские диализаторы, фильтры для воды, одноразовые перчатки и маски, средства индивидуальной химической защиты, упаковки для жидких и сыпучих продуктов — всё это производится с применением ультразвуковой сварки.

Кратко остановимся на УЗС дорожной георешетки. Тема на сегодня более чем актуальна: РОСАВТОДОР получает государственные средства для строительства и вводит обязательные требования к качеству используемого оборудования и материалов.

Сама установка УЗС состоит из прецизионного УЗ аппарата производства швейцарской компании TELSONICAGи устройства для подачи ленты к зоне сварки. В зависимости от пожеланий заказчика, возможна как полная, так и частичная автоматизация процесса. «На выходе» заказчик получает георешетку, готовую к укладке. Естественно, специалисты «ВИНДЭК» обеспечивают ПНР, обучение операторов, гарантийное и сервисное обслуживание, оперативную поставку запасных и расходных частей к установке.

Исходя из нашего опыта, для технических специалистов предприятий при проведении перевооружения производства, обновления станочного парка важно получить реально работающее решение, а не упаковочный ящик с «передовой и новейшей» установкой.

Для полноценного решения производственных задач заказчика Техническим центром «ВИНДЭК» разработаны следующие процедуры:

Получение первичного технического задания заказчика и образцов заготовок
Подбор комплекта оборудования УЗ сварки, уточнение основных параметров сварочного процесса (времени сварки, амплитуды, давления, конфигурации волноводов и опоры и др.)
Сварка изделий, отправка их заказчику для контроля качества
Подписание договора поставки, гарантийного и сервисного обслуживания
Изготовление комплекта УЗ установки
Сдача заказчику рабочей установки, с проведением контрольных сварочных работ
Доставка оборудования заказчику, проведение ПНР, обучение персонала.

Таким образом, предприятие получает интегрированное в производственный процесс высококачественное современное УЗ оборудование, отработанную и зафиксированную в программном обеспечении технологию сварки собственных уникальных изделий, обученный персонал и гарантию поставщика со десятилетним стажем работы.

Оборудование для ультразвуковой сварки пластмасс Telsonic Ultrasonic AG востребовано такими мировыми брендами, как BMW, Mercedes-Benz, Bosch, 3M, Tetra Pak, DuPont, Gillette, Philips, а также крупными российскими предприятиями — Аквафор, Димитровградский автоагрегатный завод, 494 УНР, АРМДОР, ЗАО «Меттэм-Технологии» (фильтры для воды «Барьер») и многими другими. Качество, оптимизация процессов, экономия — всё это играет важную роль в успехе и стабильности этих компаний. И продукция Telsonic Ultrasonic AG полностью отвечает их высоким запросам.

Аппараты для сварки пластмасс

Назначение: соединение нетканных материалов, синтетических тканей, конструкционных изделий и листовых материалов низкотемпературной ультразвуковой сварки.

Аппарат ультразвуковой сварки серии «Гиминей-ультра»

Модель АУС-0,1/27-ОМА (вариант исполнения №1)

Назначение: соединение тканевых синтетических материалов методом непрерывной ультразвуковой сварки.

Модель АУС-0,1/27-ОМА (вариант исполнения №2)

Назначение: шовно-шаговое соединение листовых термопластичных материалов (например, конвейерной ленты, синтетических тканей и т.д.).

Ультразвуковой аппарат серии «Гиминей-ультра»

Модель АУС-0,4/36-ОМ (вариант исполнения №1)

Назначение: соединение пленочных термопластичных материалов (например, нетканные материалы, полимерные пленки для упаковки пищевых продуктов, колбасные петли и т.д.). Аппарат может использоваться в составе отечественных и (или) зарубежных линий для соединения нетканых материалов при формировании непрерывного сварного шва шириной до 20мм (с разделением и обрезкой) на вращающихся или неподвижных опорах. Высокая частота воздействия – 36кГц не только обеспечивает качественную сварку, резку и формирование кромок, но и снижает неблагоприятное влияние ультразвука на персонал и оборудование.

Модель АУС-0,4/36-ОМ (вариант исполнения №2)

Назначение: шовно-шаговое (плоский широкий шов - ЕВРОШОВ) соединение пленочных термопластичных материалов (например, полимерные пленки для упаковки пищевых продуктов, колбасные петли и т.д.). Совместим с автоматическими линиями (для замены импортного оборудования).

Назначение: соединение конструкционных изделий и листовых материалов методом непрерывной или пошаговой низкотемпературной ультразвуковой сварки.

Аппарат ультразвуковой точечной сварки серии «Гиминей-ультра»

Модель АУС-0,4/44-ОМЛн (вариант исполнения №1)

Назначение: шовно-шаговое (в виде заклепки декоративной формы) соединение листовых термопластичных материалов (например, конвейерной ленты, ленты пометоудаления и т.д.).

Модель АУС-0,4/44-ОМЛн (вариант исполнения №2)

Модель АУС-1/22-ОМ (вариант исполнения №1)

Назначение: сварка изделий из термопластичных материалов методами непрерывной и шаговой сварки.

Модель АУС-1/22-ОМ (вариант исполнения №2)

Назначение: точечная сварка изделий из термопластичных материалов.

Модель АУС-1/22-ОМ (вариант исполнения №3)

Аппарат ультразвуковой для сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К»

Назначение: формирование методом низкотемпературной ультразвуковой сварки герметичного сварного соединения кольцевой формы при производстве различных изделий цилиндрической формы.

Назначение: соединение тканевых термопластичных материалов методом непрерывной ультразвуковой сварки или интенсификация процесса склеивания не термопластичных материалов (формирование непрерывного соединительного сварного или клеевого шва).

Назначение: ультразвуковая сварка пластиковых пробок (крышек) с пакетами типа Тетра Пак (картонные ламинированные пакеты типа PURE-PAK или TETRA-REX).

Модель АУС-1/22-ОК-50 (вариант исполнения №1)

Модель АУС-1/22-ОК-50 (вариант исполнения №2)

Назначение: ультразвуковая сварка полимерных пленок и термопластичных изделий. Совместим с автоматическими линиями для изготовления бахил (для замены импортного оборудования)

Модель АУС-1/22-ОК-50 (вариант исполнения №3)

Назначение: ультразвуковая сварка полимерных пленок и термопластичных изделий. Совместим с автоматическими установками ультразвуковой сварки (производство респираторов, медицинской одежды, упаковки, бытовых товаров и т.п.).

Аппарат ультразвуковой сварки серии «Гиминей-Ш»

Аппарат ультразвуковой для сварки продольным швом серии «Гиминей-Ш»

Назначение: герметизация упаковки для косметики, бытовой химии и пищевых продуктов (тубы) путем формирования сварочного шва методом ультразвуковой сварки ручным способом или в составе механизированных и автоматизированных линий.

Модель АУС-3/22-ОШ-220 (вариант исполнения №1)

Назначение: изготовление георешетки, упаковка сыпучих и жидких продуктов в мешки из полимерных материалов, а так же сварка и герметизация различных изделий из листовых полимерных материалов.

Модель АУС-3/22-ОШ-220 (вариант исполнения №2)

Назначение: изготовление изделий, герметизация полимерной упаковки для сыпучих и жидких продуктов широким швом (от 5 до 10 мм), а так же сварка и герметизация различных изделий из листовых полимерных материалов.

Модель АУС-3/22-ОШ-220 (вариант исполнения №3)

Назначение: изготовление медицинских масок, герметизация полимерной упаковки для сыпучих и жидких продуктов широким швом (от 5 до 20 мм), а так же сварка и герметизация различных изделий из листовых полимерных материалов.

Модель АУС-3/22-ОШ-220 (вариант исполнения №4)

Модель АУС-3/22-ОШ-220 (вариант исполнения №5)

Модель АУС-3/22-ОШ-270 (вариант исполнения №1)

Модель АУС-3/22-ОШ-270 (вариант исполнения №2)

Суть и особенности ультразвуковой сварки пластмасс

Сваривание пластмасс ультразвуком — это распространенный метод сварки полимеров, например, изделий из полипропилена. Ультразвуковая сварка пластмасс прочно заняла свое положение в промышленности, поскольку позволяет сократить расходы, при этом увеличить эффективность и качество сварочных работ.

В этой статье мы подробно разберем, что такое ультразвуковая сварка, какое оборудование необходимо для сварки пластмасс ультразвуком и какие есть преимущества у этого метода.

Принцип действия ультразвуковой сварки

Итак, что из себя представляет ультразвуковой метод сварки? Говоря простыми словами, ультразвуковое оборудование генерирует механические колебания, которые затем преобразовывает в тепловую энергию, которая как раз и используется для выполнения соединений. Этот процесс также называется «использование энергии преобразования», в нашем случае преобразования механической энергии в тепловую.

Сам процесс условно состоит из двух этапов. На первом этапе тепловая энергия, полученная в результате преобразования механических колебаний, и точечно направленная на место сварки увеличивает диффузию молекул у пластмассовых деталей. После этого границы свариваемых деталей начинают плавиться и скрепляться между собой. На втором этапе границы свариваемых деталей остывают и образуют прочный шов. Это примерное описание принципа действия ультразвуковой сварки. Далее мы более подробно разберем, как получаются такие соединения.

Суть получения швов ультразвуком

Классическая ультразвуковая сварка существенно отличается от привычной для многих сварки металла. Для сварки металла требуется крайне высокая температура плавления, но в случае с ультразвуком необходима лишь энергия, исходящая от ультразвуковой волны, и одновременное механическое воздействие на предполагаемое место будущего шва. Поэтому нет необходимости использовать дополнительные расходники, вроде электродов или проволоки.

Сварщик подключает к ультразвуковому сварочную оборудованию генератор, благодаря которому образуются ультразвуковые колебания. Эти колебания преобразовываются в механические, происходит это с помощью специального преобразователя. Затем подключается волновод, который колеблется перпендикулярно сварному шву. За счет этого преобразованные колебания напрямую попадают в предполагаемое место будущего сварного соединения, также образуется статическое и динамическое давление. Статическое и динамическое давление направлено перпендикулярно деталям, при этом каждое из типов давлений выполняет свою функцию. Динамическое давление позволяет достичь необходимой температуры плавления для того или иного вида пластмассы, а статическое способствует формированию прочного соединения.

Благодаря всем этим особенностям с помощью ультразвуковой сварки можно соединить даже металл и пластмассу, хотя их температура плавления существенно отличается. Также пластмассу можно соединить с любым другим материалом, способным выдержать ультразвуковую сварку.

Какие есть параметры у ультразвукового сварочного оборудования

Для работы с ультразвуковым оборудованием следует ознакомиться с основными параметрами, которые можно отрегулировать в зависимости от вашей работы. Итак, вы можете регулировать:

Амплитуду колебаний торца волновода (этот параметр позволяет настроить время сварки и прочность готового шва)
Частоту электрических колебаний и силу давления волновода на пластмассу.
Продолжительность импульса (этот параметр регулирует скорость сварки).
Статистическое (сварочное) давление (этот параметр зависит от амплитуды колебаний и влияет на качество готового шва).

Также существуют дополнительные параметры. К примеру: температура предварительного разогрева детали, параметры, учитывающие размер и форму деталей, и многие другие.

Для каждого отдельного типа пластмассы и шва, который необходимо получить, устанавливаются свои индивидуальные параметры. Их совокупность называется режимом сварки. Оптимальный режим сварки для тех или иных деталей в промышленных условиях выбирается только после проведенных исследований. Специалисты в лаборатории выполняют соединения с различными режимами и тестируют швы на герметичность, надежность и прочие качества. Конечно, если вы планируете использовать ультразвуковое сварочное оборудование для личных целей, вы не будете проводить исследования. Но мы рекомендуем все же потренироваться на небольших образцах. Лишь пройдя путь проб и ошибок вы сможете найти оптимальные параметры для каждого типа сварки.

Подробная классификация

Мы классифицировали ультразвуковой метод сварки на несколько категорий, которые в свою очередь имеют свои подвиды. Итак, ультразвуковая сварка пластмасс подразделяется по:

Принципу перемещения вдоль шва. Может быть ручным, когда сварщик сам направляет сварочный инструмент, или механическим, когда сварка происходит с использованием автоматического оборудованию по заранее заданным параметрам. Механический способ точнее, чем ручной, но при этом нет возможности оперативно изменить направление шва, если это необходимо.
Принципу подачи энергии. Может быть двусторонней или односторонней. Односторонняя больше предназначена для сваривания толстых деталей и, а двусторонняя — для тонких. Но для двусторонней необходимо дополнительное охлаждение.
Принципу перемещения волновода. Может быть непрерывным, когда волновод перемещается с постоянной скоростью, а может быть прерывным, совершая одно короткое движение с заданными промежутками.

Более глобально ультразвуковую сварку разделяют на контактную и передаточную. Контактная сварка нужна для соединения тонких пластмассовых деталей (до 2 мм). Для выполнения шва детали укладывают друг на друга с небольшим нахлестом и по уже по нему выполняется шов.

Передаточная сварка используется во всех остальных случаях, а еще в те моменты, когда свариваемые пластмассы обладают высокими акустическими свойствами. Суть передаточной сварки заключается во введении механических колебаний в определенные точки. При этом энергия выделяется в том количестве, которое необходимо, чтобы ультразвуковая волна могла сама равномерно распространиться. В таком случае шов получается надежным и качественным. Передаточная сварка часто применяется при сварке мягкой пластмассы (ее необходимо предварительно заморозить) или для стыковых швов у полистирольных, полиамидных и поликарбонатовых деталей.

Преимущества и недостатки ультразвуковой сварки

У этого метода сварки есть масса преимуществ, благодаря чему он и стал настолько популярен в промышленности и не только. Вот некоторые из них:

Обеспечивает высокую производительность при относительно небольших затратах.
Позволяет получить на деталях любой толщины качественные герметичные швы, устойчивые к механическому воздействию.
Дает возможность проводить сварочные работы с деталями в любом состоянии, поверхность не нужно предварительно очищать.
Тепло выделяется только в одной конкретной точке, поэтому отсутствует вероятность перегрева сварного шва.
Напряжение не подводится к поверхности свариваемых деталей, из-за чего исключено формирование радиопомех.
Можно выполнять различные швы: от точечного ремонта до непрерывного соединения деталей в промышленных масштабах. При этом не нужно соблюдать особые условия, сварку ультразвуком можно проводить в любом месте, где есть электроэнергия.
Этот метод позволяет комбинировать сразу несколько задач. Например, можно сваривать пластмассу и одновременно наносить какое-либо полимерное напыление или осуществлять резку.
Можно сварить друг с другом любые пластмассы.
Если точно выбрать режим сварки, то можно добиться практически незаметного шва.
Не нужно использовать в работе расходники, а также клей или растворитель, который может оказать пагубное влияние на организм.

Но, как и у любого метода сварки, здесь не обошлось без недостатков:

Частная необходимость применения двусторонней подачи энергии из-за маленькой мощности процесса сварки.
Не существует единого способа контроля качества свариваемого соединения, из-за этого работа может получиться некачественной.

Как видите, недостатков мало. Но учтите, что все достоинства сварки ультразвуком доступны лишь в случае, если вы правильно настроите режим. Если вы начинающий, то мы рекомендуем выбрать оборудование с автоматическим определением оптимального режима сварки.

Если вы намерены выбирать режим вручную, то воспользуйтесь таблицей, приведенной ниже (здесь в качестве примера параметры для сварки пластиковых труб). В ней указаны рекомендуемые параметры. Со временем вы получите больше опыта и сможете самостоятельно выбирать оптимальный режим.

Оборудование для сварки ультразвуком

Комплект ультразвукового оборудования состоит из ультразвукового генератора, пресса, опоры, преобразователя, волновода и сварочного инструмента. При этом выделяют несколько основных узлов, играющих первостепенную роль. К ним относятся:

Генератор вырабатывает ультразвуковые колебания, а затем преобразовывает их в механические, при этом сохраняя ту же частоту. Также с помощью генератора можно регулировать скорость колебаний и определять способ передачи ультразвуковой энергии.

Преобразователь (чаще всего пьезокерамический или магнитострикционный) в связке с генератором отвечает за преобразование электрической энергии в механическую и используется в аппаратах с двусторонним подводом энергии. При этом важно учесть, что такому оборудованию необходимо постоянное охлаждение, например, водное или воздушное.

Трансформатор упругих колебаний согласовывает между собой работу преобразователя и волновода, по сути являясь связующих звеном. Также он способен повысить амплитуду колебаний с торца волновода.

Волновод передает механическую энергию и создает давление в определенных местах. Роль волновода может выполнять акустический трансформатор.

Опора необходима для надежного фиксирования деталей. В некоторых случаях она напрямую используется для сварки в качестве дополнительного волновода.

Дополнительно оборудование может быть оснащено функцией автоматического или ручного контроля параметров работы. Мы рекомендуем использовать именно такое оборудование, поскольку оно позволяет выполнить работу по-настоящему качественно. Лишь в таком случае можно достигнуть максимальной прочности сварных швов.

Вместо заключения

Мы убедились, что ультразвуковая сварка — это очень технологичный и эффективный метод соединения различных полимеров. Качество получаемых швов не сопоставимо с другими методами сварки, оно на голову выше. Особенно, если применяется механический способ сварки ультразвуком.

Конечно, необходимо обладать большим опытом и высокой квалификацией, чтобы соединения получилось идеальным. При этом большинство действий опытный сварщик выполняет интуитивно, а для этого нужно десять раз совершить ошибку, чтобы на одиннадцатый раз получить по-настоящему качественный шов. Тем не менее, мы рекомендуем обучиться хотя бы азам сварки ультразвуком. Это откроет для вас больше возможностей. Делитесь в комментариях своим опытом, наверняка начинающие умельцы будут рады услышать мнение профессионалов. Удачи!

Ультразвуковая сварка пластиков

Благодаря высокой скорости обработки и сварки эта технология в основном используется для крупносерийного производства в автомобильной, электронной, медицинской, упаковочной, фильтровальной и обрабатывающей промышленности.

Хорошие результаты сварки (с точки зрения прочности, герметичности и внешнего вида) могут быть достигнуты только в том случае, если материал и конструкция детали подходят для ультразвукового процесса.

Для достижения стабильно хороших результатов сварки важно, чтобы инженер-конструктор соединяемых деталей с самого начала «думал об ультразвуке». Таким образом, инженер избегает проблем в производстве компонентов уже на предварительных этапах. Также проектировщики пресс-форм и инструментов для экструзии должны учитывать все аспекты, связанные со сваркой. Внесение изменений на более поздних этапах может оказаться очень дорогостоящим и сказаться на длительности процесса. Для выбора конструкций, подходящих для ультразвуковой сварки, требуются знания процессов и технологий соединения, а также свойств самих материалов.

Генерация ультразвуковых колебаний

Ультразвуковой генератор преобразует переменное напряжение в высокочастотное напряжение от 20 до 35 кГц. В преобразователе это конвертируется в механические колебания при помощи кристаллического пьезоэлектрического эффекта. Сварочный инструмент, называемый волноводом, опускается на компонент и передает колебания в зону соединения. Например, при частоте ультразвука 20 кГц это означает 20000 движений в секунду.

Возникающая теплота трения плавит материал непосредственно в точке контакта обеих частей. Благодаря низкому энергопотреблению детали подвергаются низкой термической нагрузке. Сварочные инструменты практически не нагреваются. Сварные детали можно использовать сразу же, а это означает, что ультразвуковые системы (или ультразвуковые модули) также могут быть легко интегрированы в линии автоматизации.

Технология ультразвуковой сварки. Сварка за считанные секунды

Процесс

В процессе ультразвуковой сварки механические колебания ультразвуковой частоты передаются свариваемым материалам с определенной амплитудой, силой и продолжительностью. Молекулярное трение и трение пограничного слоя генерируют тепло, которое повышает коэффициент затухания материала. Пластик начинает плавиться на энергетическом директоре. Поскольку коэффициент затухания пластифицированного материала увеличивается, большая часть энергии вибрации преобразуется в тепло. Эта реакция ускоряется сама по себе. Как только фаза ультразвуковых колебаний закончится, необходима короткая фаза охлаждения вместе с давлением на шов. Это нужно для однородного затвердевания расплавленного материала. Впоследствии детали, соединенные с использованием тепловой энергии, можно сразу же использовать.

Ядром системы ультразвуковой сварки является волновой тракт. Он состоит из пьезоэлектрического преобразователя, усилителя и волновода. Волновой тракт работает с определенной ультразвуковой частотой. Возникающие колебания представляют собой продольные волны. Перемещение сварочного инструмента, то есть расстояние между положением пика и положением покоя, называется амплитудой. При ультразвуковой сварке амплитуда составляет от 5 до 50 мкм. Для сравнения, диаметр человеческого волоса всего 100 мкм. Перемещение инструмента незаметно, но его можно почувствовать и услышать на более низкой частоте.

Свойства пластмасс. Важные характеристики

Передача энергии

Твердые аморфные пластмассы (например, PC или ABS) обладают идеальными характеристиками для передачи ультразвуковой энергии. Колебания передаются на большие расстояния до места соединения. В сравнении, у полукристаллических пластмасс (например, PA или POM) имеется высокий коэффициент акустического затухания, который значительно ослабляет передаваемые колебания. Следовательно, эти материалы можно сваривать только с использованием волновода.

Характеристики и свойства

Эти две группы пластмасс отличаются типом потребляемой энергии. Аморфные термопласты не имеют определенной температуры плавления и обычно требуют меньше энергии. По мере повышения температуры в зоне сварного шва материал переходит из твердого состояния в расплавленное. Полукристаллический пластик требует большего количества энергии и мощности. Содержание влаги особенно важно для полукристаллического пластика PA. Больше влаги создает большее затухание и, следовательно, снижает свариваемость. Стекловолокно, с другой стороны, положительно влияет на полукристаллический пластик.

Параметры сварки для оптимальной производительности

Параметры процесса

Большим преимуществом ультразвукового процесса с замкнутым циклом является диапазон возможных параметров и их точная настройка. Используя более точную настройку параметров, вы достигнете:

оптимальную скорость соединения для хорошей сварки
стабильные результаты

Важные параметры сварки:

частота
амплитуда
сила сварки
сила срабатывания
критерии отключения (например, расстояние или время сварки)

Оптимизированная настройка. Один процесс, много решений.

Волновод / частичный контакт

Сварочный инструмент (волновод) должен иметь подходящую геометрическую форму и одновременно возможность эффективно вибрировать. Контактная поверхность волновода всегда должна быть как можно ближе к треугольному сектору, чтобы ультразвуковые волны не теряли интенсивности при прохождении через пластик.

Крепеж

Крепеж так же важен, как и геометрия волновода. Он должен выдерживать нагрузки во время сварки и надежно удерживать компоненты на месте. Правильный выбор материала для крепежа гарантирует высокое качество сварного шва. Сварное соединение всегда должно иметь надлежащую опору, чтобы не было деформации под нагрузкой, и чтобы амплитуда эффективно передавалась ко шву.

Читайте также: