Anvendelse af ultralydsbåndskæring og svejsning

Princippet for ultralydsskæring og svejsning

Ultralydsskæring og svejsning er et underfelt inden for ultralydsapplikationer i industrien, og det er blevet mere og mere udbredt på grund af dets miljøvenlige, effektive og æstetisk tiltalende egenskaber.

Ultralydsskæring og svejseprincip

Ultralydsskæring og -svejsning af væv anvender højfrekvente mekaniske vibrationer på 20-40 kHz, der overfører energi til vævets kontaktflade gennem svejsehovedet. 1. Energikonvertering: Ultralydsgeneratoren omdanner elektrisk energi til højfrekvente mekaniske vibrationer, som forstærkes af amplitudetransformeren og derefter transmitteres til svejsehovedet. 2. Friktionsvarmegenerering: Svejsehovedet presser mod vævet, hvilket forårsager højfrekvent friktion mellem fibrene inde i vævet, hvilket øjeblikkeligt genererer lokaliserede høje temperaturer på 500-1000 ℃. 3. Synkron svejsning og skæring: Den høje temperatur smelter vævsfibrene (såsom nylon og polyester), mens svejsehovedets tryk komprimerer den smeltede del og danner et stærkt svejselag. Hvis det bruges sammen med et specifikt svejsehoved med skærkant, kan den høje temperatur samtidig skære vævet og opnå integreret "skæring + svejsning". 4. Afkøling og formning: Når vibrationen stopper, opretholdes trykket i 0,1-0,5 sekunder, hvilket giver det svejsede område mulighed for hurtigt at afkøle og størkne og fuldføre skære- og svejseprocessen. (Pneumatiske systemer giver dæmpning og sikrer også køling og formning under skære- og svejseprocessen.)

Sammensætning af ultralydsskærings- og svejsesystem

Det almindeligt anvendte ultralydsplastsvejsesystem består af tre hovedkomponenter: en ultralydsgenerator (elboks), en ultralydstransducer (vibrator) og en ultralydsform (formhoved, svejsehoved, horn).

Ultralydgenerator (elboks) Ultralydstransducere (vibratorer), ultralydsforme (formhoveder, svejsehoveder, horn)

1. Ultralydsgenerator (elboks): Omdanner netstrøm til en stabil højfrekvent højspændingsudgang.

2. Ultralydstransducer (oscillator): En akustisk enhed, der omdanner energi, dvs. elektrisk energi til mekanisk energi.

3. Forstærker: Amplituden af ​​transducerens mekaniske vibration ændres gennem et foruddesignet forstærkningsforhold.

4. Forme (svejsehoveder, horn): Tilpasset til specifikke dimensioner i henhold til behovene i svejse- og skæreapplikationer og designet med akustiske egenskaber, der opfylder resonanskravene i ultralydssystemet. Nedenfor vil jeg bruge flere formler til at forklare parameterjusteringsfænomenet i applikationer.

Energi = Amplitude * Tryk * Tid * Konstant K = Effekt * Tid

Formlerne ovenfor viser, at ved svejsning og skæring er amplituden af ​​ultralydsbølgen (som kan indstilles på generatoren), trykket (lufttryk eller elektrisk cylindermoment, samt strukturel stivhed og hårdhed) og bølgeudsendelsestiden positivt korreleret med svejse- og skæreeffekten. Med andre ord, hvis produktet ikke skæres godt, kan disse parametre justeres positivt. Betyder det, at jo højere disse parametre er, desto bedre? Selvfølgelig ikke!

P = K∗A∗f∗δ, hvor P repræsenterer svejseeffekten i W;

K er en konstant, hvis størrelse er relateret til materialets lydledningsevne og energiafledning. Det betyder, at vi normalt siger, at forskellige materialer kræver forskellig parameterfinjustering for at opfylde kravene.

EN repræsenterer svejsesnittets areal, målt i kvadratmeter (㎡). Dette er svejsesnittets kontaktflade, så skærekantens længde og vinkel bestemmer normalt dette areal.

f er ultralydsfrekvensen, hvilket betyder, at teoretisk set er højere frekvenser lettere at svejse. Akustisk set er det dog vanskeligere at opnå en stor amplitude, jo højere frekvensen er; enheden er Hz.

d repræsenterer amplituden, målt i meter (m). Teoretisk set resulterer en større amplitude i bedre svejsning og skæring. Udmattelseslevetiden for metalliske materialer er dog relateret til frekvens, materialeegenskaber, spænding, tid, tryk og hårdhed og påvirkes derfor af andre parametre.

Seks faktorer, der påvirker resultaterne af ultralydsskæring og svejsning:

Tryk + Tid + Mekanisk struktur + Produktmaterialer + Fejlfinding

1. Ultralydssvejsetryk

Ved at påføre passende tryk på svejseoverfladen overgår svejsematerialet fra elastisk til plastisk, fremmes molekylær diffusion og resterende luft fortrænges fra svejsningen, hvorved svejseoverfladens tætningsevne øges. Trykket overstiger generelt ikke 0,5 MPa.

2. Ultralydssvejsning/skæretid (bølgeudsendelsestid)

Passende smeltetid og tilstrækkelig afkølingstid er afgørende. Med en fast varmeafgivelse vil utilstrækkelig tid resultere i ufuldstændig svejsning, mens for lang tid vil forårsage deformation af svejsningen, slaggeoverløb og undertiden varme punkter (misfarvning) i ikke-svejsede områder. Det er afgørende at sikre, at svejseoverfladen absorberer tilstrækkelig varme til at nå en fuldt smeltet tilstand for at garantere tilstrækkelig molekylær diffusion og fusion. Samtidig er tilstrækkelig afkølingstid nødvendig for at svejsningen kan opnå tilstrækkelig styrke.

3. Ultralydsamplitude

4. Mekanisk struktur

Præcisionen og stabiliteten af ​​rammeproduktionen påvirker direkte svejseeffekten, især for nogle præcisionsprodukter, hvor den mekaniske struktur skal matche produktets præcision.

5. Produktmaterialer

Faktorer som materialet i de svejsede dele, deres struktur, tykkelse og trykmodstand påvirker også direkte svejseeffekten.

6. Fejlfinding af udstyr

Afslutningsvis er fejlfinding af udstyret også en vigtig garanti for at et produkt kan opnå de bedste resultater inden for ultralydsskæring og svejsning. Fleksibel matchning og justering af forskellige parametre samt fejlfinding på stedet foretaget af ingeniører spiller en vigtig rolle.