Principen för ultraljudsskärning och svetsning av band

Principen för ultraljudsskärning och svetsning

Ultraljudsskärning och svetsning är ett delområde inom ultraljudsapplikationer inom industrin, och det har använts alltmer på grund av dess miljövänliga, effektiva och estetiskt tilltalande egenskaper.

Principen för ultraljudsskärning och svetsning

Ultraljudsskärning och svetsning av band använder högfrekventa mekaniska vibrationer på 20–40 kHz, som överför energi till bandets kontaktyta genom svetshuvudet. 1. Energiomvandling: Ultraljudsgeneratorn omvandlar elektrisk energi till högfrekventa mekaniska vibrationer, som förstärks av amplitudtransformatorn och sedan överförs till svetshuvudet. 2. Friktionsvärmegenerering: Svetshuvudet trycker mot bandet, vilket orsakar högfrekvent friktion mellan fibrerna inuti bandet, vilket omedelbart genererar lokaliserade höga temperaturer på 500–1000 ℃. 3. Synkron svetsning och skärning: Den höga temperaturen smälter bandfibrerna (såsom nylon och polyester), medan svetshuvudets tryck komprimerar den smälta delen och bildar ett starkt svetsskikt. Om det används med ett specifikt svetshuvud med skärkant kan den höga temperaturen samtidigt skära bandet, vilket uppnår integrerad "skärning + svetsning". 4. Kylning och formning: Efter att vibrationen upphört bibehålls trycket i 0,1–0,5 sekunder, vilket gör att det svetsade området snabbt kan svalna och stelna, vilket slutför skär- och svetsprocessen. (Pneumatiska system ger dämpning, och säkerställer även kylning och formning under skär- och svetsprocessen.)

Sammansättning av ultraljudsskärnings- och svetssystem

Det vanligt förekommande ultraljudsplastsvetssystemet består av tre huvudkomponenter: en ultraljudsgenerator (elbox), en ultraljudsgivare (vibrator) och en ultraljudsform (formhuvud, svetshuvud, horn).

Ultraljudsgenerator (elbox) Ultraljudsgivare (vibratorer), ultraljudsformar (formhuvuden, svetshuvuden, horn)

1. Ultraljudsgenerator (elbox): Omvandlar nätström till en stabil högfrekvent högspänningsutgång.

2. Ultraljudsgivare (oscillator): En akustisk anordning som omvandlar energi, vilket innebär att elektrisk energi omvandlas till mekanisk energi.

3. Förstärkare: Amplituden för givarens mekaniska vibration ändras genom ett förkonstruerat förstärkningsförhållande.

4. Formar (svetshuvuden, horn): Anpassad till specifika dimensioner enligt behoven för svets- och skärapplikationer, och utformad med akustiska egenskaper för att möta resonanskraven för ultraljudssystemet. Nedan kommer jag att använda flera formler för att förklara parameterjusteringsfenomenet i applikationer.

Energi = Amplitud * Tryck * Tid * Konstant K = Effekt * Tid

Formlerna ovan visar att vid svetsning och skärning är ultraljudsvågens amplitud (som kan ställas in på generatorn), trycket (lufttryck eller elektrisk cylindermoment, samt strukturell styvhet och hårdhet) och vågens emissionstid positivt korrelerade med svets- och skäreffekten. Med andra ord, om produkten inte skärs bra kan dessa parametrar justeras positivt. Betyder detta att ju högre dessa parametrar är, desto bättre? Självklart inte!

P = K∗A∗f∗δ, där P representerar svetseffekten i W;

K är en konstant vars storlek är relaterad till materialets ljudledningsförmåga och energiförlust. Det betyder att vi vanligtvis säger att olika material behöver olika parameterfinjusteringar för att uppfylla kraven.

En representerar svetssnittets area, mätt i kvadratmeter (㎡). Detta är svetssnittets kontaktyta, så skäreggens längd och vinkel bestämmer vanligtvis denna area.

f är ultraljudsfrekvensen, vilket betyder att teoretiskt sett är högre frekvenser lättare att svetsa. Akustiskt sett är det dock svårare att uppnå en stor amplitud ju högre frekvensen är; enheten är Hz.

d representerar amplituden, mätt i meter (m). Teoretiskt sett resulterar en större amplitud i bättre svetsning och skärning. Utmattningshållfastheten hos metalliska material är dock relaterad till frekvens, materialegenskaper, spänning, tid, tryck och hårdhet och påverkas därför av andra parametrar.

Sex faktorer som påverkar resultaten av ultraljudsskärning och svetsning:

Tryck + Tid + Mekanisk struktur + Produktmaterial + Felsökning

1. Ultraljudssvetstryck

Genom att applicera lämpligt tryck på svetsytan övergår svetsmaterialet från elastiskt till plastiskt, främjas molekylär diffusion och restluft förflyttas från svetsen, vilket ökar svetsytans tätningsprestanda. Trycket överstiger i allmänhet inte 0,5 MPa.

2. Ultraljudssvetsning/skärningstid (vågemissionstid)

Lämplig smälttid och tillräcklig kylningstid är avgörande. Med en fast värmeeffekt kommer otillräcklig tid att resultera i ofullständig svetsning, medan för lång tid kommer att orsaka deformation av svetsen, slaggöverflöde och ibland heta punkter (missfärgning) i icke-svetsade områden. Det är avgörande att säkerställa att svetsytan absorberar tillräckligt med värme för att nå ett helt smält tillstånd för att garantera tillräcklig molekylär diffusion och sammansmältning. Samtidigt är tillräcklig kylningstid nödvändig för att svetsen ska uppnå tillräcklig hållfasthet.

3. Ultraljudsamplitud

4. Mekanisk struktur

Precisionen och stabiliteten i ramtillverkningen påverkar direkt svetseffekten, särskilt för vissa precisionsprodukter, där den mekaniska strukturen måste matcha produktens precision.

5. Produktmaterial

Faktorer som materialet i de svetsade delarna, deras struktur, tjocklek och tryckmotstånd påverkar också direkt svetseffekten.

6. Felsökning av utrustning

Sammanfattningsvis är felsökning av utrustningen också en viktig garanti för att en produkt ska uppnå bästa möjliga resultat inom ultraljudsskärning och svetsning. Flexibel matchning och justering av olika parametrar samt felsökning på plats av ingenjörer spelar en viktig roll.