Cinq facteurs influençant une soudure par ultrasons réussie
1. Fréquences de soudage
Les fréquences de soudage typiques vont de la plage de 40 kHz à la plage de 15 kHz. Les différents paramètres de l'application détermineront le meilleur équipement et la meilleure fréquence pour obtenir une soudure optimale des pièces.
Par exemple, pour les petits assemblages délicats (cartes de circuit imprimé, composants microélectroniques, etc.) avec des tolérances serrées, une fréquence plus élevée (par exemple, 40 kHz) convient mieux car la pression appliquée et les vibrations ultrasonores peuvent être minimisées, ainsi que tout marquage de Surfaces de classe A.
Les basses fréquences (par exemple, 15 kHz) conviennent bien aux pièces de moyennes et grandes dimensions et permettent également de souder de nombreux plastiques plus tendres avec des distances plus grandes (plus de détails ci-dessous) que ce qui est souvent possible avec des systèmes à haute fréquence.
La fréquence de 20 kHz est la fréquence ultrasonore la plus couramment utilisée pour l'assemblage de plastiques et offre une flexibilité maximale, car elle convient à une large gamme d'applications et de composants thermoplastiques.
2. Considérations sur les matériaux
Conformément au principe de base de l'assemblage par ultrasons décrit ci-dessus, les thermoplastiques peuvent être assemblés par ultrasons car ils fondent dans une plage de température spécifique; tandis que les matériaux thermodurcissables - qui se dégradent lorsqu'ils sont chauffés - ne conviennent pas pour l'assemblage par ultrasons.
La soudabilité de tout thermoplastique dépend de sa rigidité ou de son module d'élasticité, de sa densité, de son coefficient de frottement, de sa conductivité thermique, de sa chaleur spécifique et de sa Tm ou Tg.
En général, les plastiques rigides présentent d'excellentes propriétés de soudage en champ éloigné, car ils transmettent facilement de l'énergie vibratoire. Les plastiques souples, ayant un faible module d'élasticité, atténuent les vibrations ultrasoniques et sont donc plus difficiles à souder.
C'est l'inverse qui est vrai pour le piquetage, le formage ou le soudage par points. En règle générale, plus le plastique est mou, plus il est facile d’enfiler, de former ou de souder par points.
En règle générale, les résines sont classées comme amorphes ou cristallines. L'énergie ultrasonique est facilement transmise par les résines amorphes, qui se prêtent donc facilement au soudage par ultrasons. Les résines cristallines, en revanche, ne transmettent pas facilement l'énergie ultrasonore. Pour cette raison, lors du soudage de résines cristallines, il convient d'utiliser des amplitudes et des niveaux d'énergie supérieurs, et une attention particulière doit être accordée à la conception des joints.
Les variables pouvant influer davantage sur la soudabilité sont la teneur en humidité, les agents de démoulage, les lubrifiants, les plastifiants, les agents de renforcement des charges, les pigments, les ignifugeants et autres additifs, ainsi que la qualité de la résine.
De même, il est important de déterminer le degré de compatibilité des matériaux soudés. Certains matériaux ont un certain degré de compatibilité, mais toutes les qualités et compositions ne sont pas nécessairement compatibles, et certains ne le sont pas du tout.
3. Impact de la conception conjointe
L’aspect le plus critique du soudage par ultrasons est peut-être la conception du joint (configuration de deux surfaces de contact). Il faut en tenir compte lorsque les pièces à souder sont encore au stade de la conception, puis incorporées dans les pièces moulées. Il existe une variété de conceptions de joints, chacune avec des caractéristiques et des avantages spécifiques. Leur sélection est déterminée par des facteurs tels que le type de plastique, la géométrie de la pièce, les exigences de soudage, les capacités d'usinage et de moulage et l'aspect esthétique.
4. Outillage et fixations
Il est difficile de surestimer l’importance des cornes et des montages lorsqu’il s’agit de réaliser une soudure par ultrasons efficace.
L'industrie avait l'habitude de penser que les cornes et les montages pour une application particulière devaient être fournis par le même fabricant, quelle que soit la presse de soudage utilisée. Aujourd'hui, les ingénieurs comprennent qu'ils sont libres de mélanger et de faire correspondre: le meilleur outillage pour le travail ne doit pas porter le même nom que celui de la presse, tant que la fréquence de soudage correspond.
Les options de matériaux de fabrication d'outillage comprennent l'aluminium, le titane, l'acier trempé et l'acier inoxydable. Des facteurs tels que le type de plastique soudé, la taille et la configuration des joints, la résistance de la soudure et / ou la durabilité détermineront le meilleur matériau pour le travail à effectuer. Par exemple, pour une longévité accrue, l’acier trempé pourrait être un bon choix.
Une bonne conception des luminaires est également impérative. Le montage a deux objectifs principaux: aligner les pièces sous le cornet et appuyer directement sous la zone de soudure. Ce support inclut également la réflexion de l’énergie ultrasonore sur le plan de soudure, raison pour laquelle les montages sont souvent usinés à partir de métal.
Pour plus de solidité et de durabilité, un revêtement en carbure ou en chromage peut être appliqué. Les fixations profilées et les outils pour les pièces de forme irrégulière peuvent être conçus sur mesure, ainsi que des dispositifs périphériques pour serrer, maintenir et aligner les pièces opposées. Des luminaires segmentés et ajustables peuvent également être construits pour assurer un ajustement sûr avec des pièces en plastique moulées.
5. Paramètres de soudage
Pendant le processus de soudage lui-même, en fonction du type de système utilisé, divers paramètres de soudage influencent le résultat. Celles-ci incluent les limites d'amplitude / pression, de force de déclenchement et de tolérance, selon que le soudage est effectué en fonction du temps, de l'énergie ou de la distance.
Le paramètre d'amplitude est utilisé pour spécifier l'amplitude de vibration. Des réglages fins des réglages d'amplitude et de pression peuvent souvent être effectués sur le contrôleur qui alimente une presse, tandis que des ajustements majeurs peuvent être accomplis à l'aide de boosters et de contrôles de pression.
Les paramètres de pression de force de déclenchement spécifient la pression à atteindre pour déclencher les ultrasons. Le réglage de ce paramètre avec des paramètres tels que des temporisations, des modes de pré-déclenchement et des paramètres de force / pression peut affecter le temps pendant lequel les pièces sont en contact avant l'activation des ultrasons.
Réglages temporels, tels que le temps de soudure (la durée pendant laquelle les vibrations ultrasoniques sont réellement appliquées aux pièces) et le temps de maintien (la durée pendant laquelle la pression est maintenue pour assurer une bonne liaison des pièces, après le temps de soudure réel et avec les ultrasons la soudure peut refroidir), influence quand et pendant combien de temps les ultrasons doivent rester allumés.
De même, certains systèmes permettront à l'utilisateur de spécifier des paramètres d'énergie, avec des limites et une impulsion d'étalonnage, par exemple, tandis que d'autres autoriseront également des paramètres de distance, tels que incrémental, pré-déclenchement, absolu et limites.
Comme on peut le constater, de nombreuses pièces mobiles, si vous préférez, interviennent au cours du processus de soudage par ultrasons. La manipulation de ces paramètres peut faire la différence entre une soudure réussie et une soudure inefficace ou un cornet fissuré.
