Problèmes et solutions courants de soudage par ultrasons
Le principe de base du soudage par ultrasons est de convertir l'énergie électrique haute fréquence en énergie mécanique de vibration haute fréquence. Cette vibration alternative est transmise au thermoplastique ou au métal, et le frottement et la chaleur sont générés à l'interface du plastique et du plastique, du plastique et du métal, ou du métal et du métal.
Dans le soudage par ultrasons, le frottement génère de la chaleur pour fusionner deux surfaces de matériau ensemble. Dans le rivetage par ultrasons, la tête de soudage contrôle le flux de plastique fondu, formant et pressant les pièces. Dans le montage par écrou à ultrasons, la tête de soudage entraîne l'écrou métallique dans le plastique.
Le système de soudage par ultrasons a une variété d'options de configuration, y compris différentes fréquences (15Khz-50Khz), différentes puissances (600W-4800W) et diverses formes, telles que des machines de soudage par ultrasons pneumatiques, des machines de soudage par ultrasons servo, des machines de soudage portatives, non- machines de soudage standard, machine de soudage par ultrasons en métal, etc.
De nombreux facteurs affectent le succès du soudage par ultrasons: moule (y compris la tête de soudage supérieure et le moule inférieur inférieur), la fréquence, le matériau, la conception de la soudure, les paramètres de soudage et le moulage par injection des pièces. Dans cet article, nous introduisons 5 facteurs principaux.
1. Fréquence du système de soudage
La fréquence du système de soudage par ultrasons typique est de 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz et 40Khz. Il est nécessaire de sélectionner une fréquence de soudage appropriée en fonction des exigences de la taille du produit, des types de composants internes, de la résistance et de l'aspect. En règle générale, vous pouvez vous référer aux principes suivants:
Pour le soudage de coque de produits électroniques petits et précis (y compris les cartes de circuits imprimés et les composants microélectroniques), utilisez une machine de soudage haute fréquence 40Khz. La machine à souder 40Khz a une amplitude plus petite et une pression de soudage minimale, ce qui peut éviter d'endommager les composants électroniques internes du produit.
Pour les petits produits qui nécessitent l'apparence d'une surface de classe A. Il est soudé par une machine à souder 40Khz, ce qui peut améliorer l'apparence en raison de la faible amplitude et de la pression.
Pour le soudage de pièces de taille moyenne et grande, utilisez des postes de soudage basse fréquence 15Khz ou 20Khz.
Pour les matériaux plus souples tels que le PP et les produits à paroi mince avec une faible rigidité, une machine à souder 15Khz à basse fréquence et à grande amplitude est utilisée pour le soudage.
Pour le soudage en champ lointain, c'est-à-dire que la tête de soudage est éloignée du cordon de soudage, par exemple, lorsqu'elle est supérieure à 12 mm, une machine à souder 15Khz à basse fréquence et à grande amplitude est utilisée pour le soudage.
La machine à souder 20Khz convient pour souder la plupart des produits de petite à moyenne taille, et est également la fréquence ultrasonique la plus largement utilisée.
2. Matériel
Pour le soudage par ultrasons des plastiques, il ne convient que pour le soudage de thermoplastiques. Parce qu'ils peuvent fondre dans une plage de température spécifique. Les plastiques thermodurcissables se dégradent lorsqu'ils sont chauffés et ne peuvent pas être soudés par ultrasons.
La soudabilité des thermoplastiques dépend de la rigidité du matériau ou du module d'élasticité, de la densité, du coefficient de frottement, de la conductivité thermique, de la capacité thermique spécifique, de la température de transition vitreuse Tg ou de la température de fusion Tm.
D'une manière générale, les plastiques rigides présentent d'excellentes performances de soudage en champ lointain car ils sont plus faciles à transmettre l'énergie vibratoire. Cependant, les plastiques souples à faible module élastique sont difficiles à souder car ils atténuent les vibrations ultrasonores. Le contraire est vrai pour le rivetage par ultrasons ou le soudage par points. Plus le plastique est souple, plus il est facile pour le rivetage ou le soudage par points.
Généralement, les plastiques peuvent être divisés en deux types: non cristallins (amorphes) et cristallins. L'énergie ultrasonique est facilement transmise dans les matériaux amorphes, de sorte que les plastiques amorphes sont faciles à souder par ultrasons. L'énergie ultrasonique n'est pas facilement transmise dans les matériaux cristallins, donc une plus grande amplitude et une plus grande énergie sont nécessaires lors du soudage de plastiques cristallins, et la soudure doit être soigneusement conçue.
Les facteurs susceptibles d'affecter davantage la soudabilité comprennent la teneur en humidité, les agents de démoulage, les lubrifiants, les plastifiants, les renforçateurs de charge, les pigments, les ignifugeants et autres additifs, ainsi que la qualité réelle de la résine. De plus, il convient de noter que le degré de compatibilité entre les différents matériaux est différent. Certains matériaux ont un certain degré de compatibilité entre des qualités spécifiques, tandis que d'autres sont incompatibles.
Enfin, déterminez si le soudage est un soudage en champ proche ou un soudage en champ lointain. Lorsque la distance entre la tête de soudage et la nervure de soudage est inférieure à 6 mm, on parle de soudage en champ proche. Plus grand que 6 mm' est appelé soudage en champ lointain. Plus la distance est grande, plus l'atténuation des vibrations est grande et plus le soudage est difficile.
3. Conception des joints soudés
Le facteur le plus critique et le plus important affectant le soudage par ultrasons est la conception du joint. Lorsque les pièces sont au stade de la conception, les ingénieurs doivent soigneusement les examiner et les évaluer. Il existe différentes conceptions de joints soudés avec leurs propres caractéristiques et avantages. Le choix de la conception dépend du type de plastique, de la géométrie de la pièce, des exigences de soudage, des capacités de moulage par injection et des exigences d'aspect.
Conception de joint typique:
Conception triangulaire de nervure de guidage d'énergie. C'est la conception la plus couramment utilisée dans le soudage par ultrasons et la conception la plus simple pour le moulage par injection. Il est caractérisé par un petit triangle en relief sur le plan, le haut du triangle est à 90 ou 60 degrés. Parce que sa conception à pointe acérée est facile à guider et à concentrer l'énergie de vibration, on parle de nervures de guidage d'énergie.
Conception de couture étagée, moulage par injection facile, parties supérieure et inférieure auto-positionnantes, résistance de soudage élevée, le matériau fondu s'écoule dans l'espace vertical.
Conception de couture rainurée, les parties supérieure et inférieure peuvent être auto-positionnées, avec une résistance élevée, de bonnes caractéristiques d'étanchéité et aucun solin à l'intérieur et à l'extérieur. L'inconvénient est qu'une certaine épaisseur de paroi est requise.
La conception des joints de cisaillement est généralement utilisée pour souder des produits de plus petite taille qui nécessitent une étanchéité à haute résistance, et est particulièrement appropriée pour le soudage de plastiques cristallins.
Les joints à écharpe, qui sont généralement utilisés sur des pièces de formes rondes ou elliptiques, offrent une résistance et une étanchéité élevées, et sont particulièrement adaptés au soudage de plastiques cristallins.
(L'explication détaillée ci-dessus de la conception des soudures sera présentée dans un article suivant).
Afin de déterminer quelle conception de soudure convient à votre produit, veuillez consulter l'ingénieur ou le vendeur du fabricant d'ultrasons.
4. Outillage et tête de soudage
D'une manière générale, les clients choisiront des outils et des têtes de soudage de la même marque que la machine à souder. En effet, vous pouvez choisir librement l'outillage et la tête de soudage fournis par d'autres marques, à condition que la fréquence de la tête de soudage soit la même que celle de l'équipement.
Les matériaux de tête de soudage peuvent choisir un alliage d'aluminium, un alliage de titane et un acier allié dur. Les matériaux d'outillage peuvent choisir un moule en alliage d'aluminium, en acier inoxydable et en résine. Pour choisir un matériau, tenez généralement compte du type de plastique, de la teneur en fibre de verre du matériau, de la structure et de la taille du joint, de la résistance du soudage et de la durée de vie. Par exemple, pour prolonger la durée de vie, la tête de soudage en acier au carbure est le meilleur choix.
Les têtes de soudage par ultrasons peuvent être conçues et optimisées avec FEA (analyse par éléments finis), permettant aux ingénieurs d'évaluer le niveau de vibration et de contrainte de la tête de soudage avant la fabrication réelle. La meilleure conception de la tête de soudage est d'avoir une amplitude de sortie uniforme et une contrainte minimale. Dans l'image ci-dessus, l'image de gauche est la conception optimisée de la tête de soudage avant et la sortie d'amplitude est inégale. A droite, après optimisation, l'amplitude de sortie est uniforme.
Dans la conception et la fabrication des têtes de soudage, la symétrie doit être soigneusement gardée à l'esprit - la symétrie de la tête de soudage est cruciale. Une tête de soudage asymétrique provoque des vibrations non axiales. Les vibrations radiales augmenteront considérablement la contrainte et provoqueront la défaillance de la tête de soudage.
Une bonne conception d'outillage est également très importante. L'outil a deux fonctions principales: (1) aligner les pièces sous la tête de soudage; (2) soutenir rigidement la zone de soudage. Le support rigide aide à refléter l'énergie ultrasonore vers la position de soudage, c'est pourquoi l'outillage est généralement constitué de pièces de traitement métalliques.
Afin d'augmenter la résistance à l'usure de la tête de soudage et d'augmenter la durée de vie, la surface de la tête de soudage peut être traitée avec du carbure de tungstène ou du chromage. L'outillage peut être conçu en sections pour mieux s'adapter au produit.
5. Paramètres de soudage
Pendant le processus de soudage, les paramètres de soudage affecteront le résultat du soudage. Ces paramètres comprennent l'amplitude, la pression de soudage, la pression de déclenchement, la distance de soudage et l'énergie de soudage.
Différents types de plastiques nécessitent des amplitudes différentes. L'amplitude peut être ajustée par le réglage du pourcentage dans le logiciel, ou peut être ajustée dans une large plage en changeant le modulateur d'amplitude avec un rapport différent. La pression de soudage peut être ajustée à l'aide d'un bouton ou d'un réglage logiciel. La pression de déclenchement signifie que lorsque la tête de soudage appuie sur le produit et que la pression atteint une certaine valeur de consigne, l'appareil commence à émettre des ultrasons. Cette valeur peut être ajustée via le bouton ou les paramètres du logiciel.
Il existe plusieurs méthodes de contrôle pour le processus de soudage par ultrasons:
Mode de soudage horaire, c'est-à-dire régler la durée du soudage par ultrasons.
Mode de soudage à distance (mode de soudage en position), c'est-à-dire régler la distance ou la position de soudage.
Mode de soudage énergétique, qui définit l'énergie de soudage.
Différents modes de soudage s'appliquent à différents produits. Par exemple, le soudage en feuille adopte le mode de soudage énergétique, les produits avec de grandes tolérances dimensionnelles adoptent le mode de soudage à distance et les produits avec des exigences de tolérance élevées adoptent le mode de soudage en position.
Le soudage par ultrasons plastique est un processus spécial. Au début du développement du produit, il est nécessaire de coopérer avec le fabricant de l'équipement à ultrasons et d'utiliser l'expérience du fabricant de l'équipement dans ce domaine pour évaluer la structure du produit et la conception de la soudure, et effectuer des tests de soudage sur des échantillons. Afin d'améliorer le rendement de la production de masse ultérieure.
