Paramètres du processus de soudage par ultrasons

Les principaux paramètres du processus de soudage par ultrasons sont: l'amplitude, le temps de soudage, le temps de pression de maintien, la pression de soudage, la fréquence, etc. La meilleure spécification de soudage dépend des composants à souder et de l'équipement de soudage utilisé. Le réglage des paramètres de soudage dépend de la taille et de la rigidité de la pièce, en particulier de la distance entre le point de contact de la tête de soudage et le joint de soudage. La capacité de soudage est limitée par la capacité du plastique&à transmettre des vibrations ultrasoniques (et les pièces ne sont pas endommagées).

20khz18

1 fréquence

Les fréquences couramment utilisées pour les ultrasons sont 20, 30 et 40 kHz, et 15 kHz est souvent utilisé pour les plastiques semi-cristallins. 20 kHz est la fréquence ultrasonore la plus couramment utilisée, car l'amplitude et la puissance nécessaires à la fusion des thermoplastiques à cette fréquence sont faciles à atteindre, mais elle peut générer beaucoup de vibrations mécaniques difficiles à contrôler et l'outil devient très grand. Une fréquence plus élevée (40 kHz) qui produit moins de vibrations est faisable et est généralement utilisée pour le soudage de plastiques techniques et de polymères renforcés. Les avantages de l'équipement de soudage haute fréquence comprennent: faible bruit, petites pièces, protection améliorée des pièces (en raison de la réduction des contraintes cycliques et du chauffage non sélectif de la zone extérieure de l'interface de joint), meilleur contrôle de l'énergie mécanique, pression de soudage plus faible et plus vitesse de traitement. L'inconvénient est qu'il est difficile de réaliser un soudage en champ lointain en raison de la petite taille des pièces, de la capacité de puissance réduite et de l'amplitude réduite. Les machines de soudage par ultrasons à haute fréquence sont généralement utilisées pour souder de petites pièces de précision (telles que des interrupteurs électriques) et des pièces qui nécessitent moins de dégradation des matériaux. Le soudeur à 15 kHz peut souder rapidement la plupart des thermoplastiques, dans la plupart des cas, moins de dégradation des matériaux que le soudeur à 20 kHz. Les pièces qui peuvent à peine être soudées à 20 kHz (en particulier celles qui sont fabriquées avec des technologies et des équipements en caoutchouc et en plastique haute performance) peuvent être soudées efficacement à 15 kHz. Aux fréquences inférieures, la tête de soudage a une longueur de résonance plus longue et peut être agrandie dans toutes les dimensions. Un autre avantage important de l'utilisation de 15 kHz est que par rapport à l'utilisation de fréquences plus élevées, il réduit considérablement l'atténuation des ondes ultrasonores dans les plastiques, permettant le soudage de plastiques plus tendres et de plus grandes distances de champ lointain.

2 amplitude

Le succès du soudage dépend de la bonne amplitude de l'extrémité de la tête de soudage. Pour toutes les combinaisons cornet / tête de soudage, l'amplitude est fixe. Sélectionnez l'amplitude en fonction du matériau à souder pour obtenir un degré de fusion approprié. D'une manière générale, les plastiques semi-cristallins nécessitent plus d'énergie que les plastiques non cristallins, et nécessitent donc une plus grande amplitude de l'extrémité de la pointe. Le contrôle de processus sur les machines de soudage par ultrasons modernes permet une gradation. La grande amplitude est utilisée pour démarrer la fusion et la faible amplitude est utilisée pour contrôler la viscosité du matériau fondu. L'augmentation de l'amplitude améliorera la qualité de la soudure de la pièce de conception du joint de cisaillement. Pour les assemblages bout à bout, à mesure que l'amplitude augmente, la qualité de la soudure s'améliore et le temps de soudage diminue. En soudage par ultrasons avec des barres de guidage d'énergie, le taux de perte de chaleur moyen (Qavg) dépend du module de perte composite (Eʺ), de la fréquence (ω) et de la déformation active (ε 0) du matériau: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2

Le module de perte composite des thermoplastiques est étroitement lié à la température. Lorsque le point de fusion ou la température de transition vitreuse est atteint, le module de perte augmente et davantage d'énergie est convertie en chaleur. Après le démarrage du chauffage, la température à l'interface de soudage augmente fortement (jusqu'à 1 000 ℃ / s). La contrainte agissante est proportionnelle à l'amplitude de la tête de soudage, de sorte que le chauffage de l'interface de soudage peut être contrôlé en changeant l'amplitude. L'amplitude est un paramètre important qui contrôle le débit de l'extrusion thermoplastique. Lorsque l'amplitude est élevée, la vitesse de chauffage de l'interface de soudage est plus élevée, la température augmente et la matière fondue s'écoule plus rapidement, ce qui conduit à une augmentation de l'orientation moléculaire, à un grand nombre de flashs et à une résistance de soudure plus faible. Une amplitude élevée est nécessaire pour commencer la fusion. Une amplitude trop faible produit une fusion inégale et une solidification prématurée à l'état fondu. Lorsque l'amplitude est augmentée, une plus grande quantité d'énergie de vibration est consommée dans le thermoplastique, et les pièces à souder sont soumises à des contraintes plus importantes. Lorsque l'amplitude est constante pendant tout le cycle de soudage, on utilise généralement l'amplitude la plus élevée qui ne causera pas de dommages excessifs aux pièces à souder. Pour les plastiques cristallins tels que le polyéthylène et le polypropylène, l'impact d'amplitude est beaucoup plus important que pour les plastiques non cristallins tels que l'ABS et le polystyrène. Cela peut être dû au besoin de plus d'énergie pour la fusion et le soudage des plastiques cristallins. L'amplitude peut être réglée mécaniquement (en changeant le pavillon ou la tête de soudage) ou électriquement (en changeant la tension fournie au transducteur). En pratique, le réglage d'amplitude le plus grand adopte une méthode mécanique et le plus fin utilise une méthode électrique. Les matériaux à point de fusion élevé, les soudures en champ lointain et les plastiques semi-cristallins nécessitent généralement une plus grande amplitude que les plastiques non cristallins et les soudures en champ proche. La plage d'amplitude totale typique des plastiques amorphes est de 30 à 100 μm, tandis que celle des plastiques cristallins est de 60 à 125 μm. Le profilage d'amplitude permet d'obtenir un bon écoulement à l'état fondu et une résistance de soudure élevée et constante. Pour les niveaux d'amplitude et de force combinés, une amplitude et une force élevées sont utilisées pour démarrer la fusion, puis l'amplitude et la force diminuent pour réduire l'orientation moléculaire le long de la ligne de soudure.

3 Temps de soudage

Le temps de soudage est le moment où la vibration est appliquée. Le temps de soudage approprié pour chaque application est déterminé par l'expérience. L'augmentation du temps de soudage augmentera la résistance de la soudure jusqu'à ce que le temps optimal soit atteint. Une augmentation supplémentaire du temps de soudage entraînera une diminution de la résistance de la soudure ou seulement une légère augmentation de la résistance, tout en augmentant en même temps le flash de soudure et augmentera la possibilité d'indentation de pièce. Il est important d'éviter le sur-soudage, car cela produira un flash excessif qui doit être coupé, ce qui peut réduire la qualité de la soudure et créer des fuites dans les pièces à sceller. La tête de soudage peut rayer la surface. Pour des temps de soudage plus longs, la fusion et la fracture peuvent également se produire dans les pièces éloignées de la zone de joint, en particulier au niveau des trous, des lignes de soudure et des angles vifs de la pièce moulée.

4 Temps de maintien

Le temps de pression de maintien fait référence au temps nominal pendant lequel les pièces doivent être combinées et solidifiées sous une pression sans vibrations après le soudage. Dans la plupart des cas, ce n'est pas un paramètre critique, 0,3 ~ 0,5 s est généralement suffisant, à moins que la charge interne ne soit facile à démonter la pièce soudée (comme un ressort hélicoïdal comprimé avant le soudage).

5 pression

La pression de soudage fournit la force statique requise pour le couplage entre la tête de soudage et la pièce de sorte que les vibrations peuvent être transmises dans la pièce. Lorsque la matière fondue au niveau du joint se solidifie pendant la phase de maintien en pression du cycle de soudage, la même charge statique garantit l'intégration des pièces. La détermination de la pression optimale est essentielle pour un bon soudage. Si la pression est trop basse, cela entraînera un écoulement de fusion médiocre ou insuffisant dans le transfert d'énergie, conduisant à de longs cycles de soudage inutiles. L'augmentation de la pression de soudage réduira le temps de soudage nécessaire pour obtenir le même déplacement. Si la pression est trop élevée, cela entraînera une orientation moléculaire le long de la direction d'écoulement et réduira la résistance de la soudure, ce qui peut entraîner une indentation de la pièce. Dans les cas extrêmes, si la pression est trop élevée par rapport à l'amplitude de l'extrémité de la tête de soudage, elle peut surcharger et arrêter la tête de soudage. Dans le soudage par ultrasons, une amplitude élevée nécessite une faible pression et une faible amplitude nécessite une pression élevée. Lorsque l'amplitude augmente, la plage de pression acceptable se rétrécit. Par conséquent, le plus important pour une amplitude élevée est de trouver la meilleure pression. La plupart des soudures par ultrasons sont effectuées sous pression constante ou à force constante. Pour certains dispositifs, la force peut être modifiée pendant le cycle, c'est-à-dire qu'un profilage de force est effectué et la force de soudage est réduite pendant l'application d'énergie ultrasonore à la pièce. La pression ou la force de soudage qui diminue à la fin du cycle de soudage réduit la quantité de matière extrudée du joint, prolonge le temps de diffusion entre les molécules, réduit l'orientation moléculaire et augmente la résistance de la soudure. Pour les matériaux avec une viscosité à l'état fondu plus faible similaire au polyamide, cela peut augmenter considérablement la résistance de la soudure.

6 Mode de soudage

Le soudage par temps est appelé un processus en boucle ouverte. Les pièces à souder sont assemblées dans l'appareil avant que la tête de soudage ne tombe et ne touche. Ensuite, l'onde ultrasonore agit sur le composant pendant une période de temps fixe, généralement de 0,2 à 1 s. Un soudage réussi ne s'est pas produit pendant ce processus. Un soudage réussi est une situation idéale dans l'hypothèse où un temps de soudage fixe fait agir une quantité d'énergie fixe sur le joint, ce qui entraîne une quantité contrôlée de fusion. En fait, la puissance absorbée en maintenant l'amplitude d'un cycle à l'autre n'est pas la même. Cela est dû à plusieurs facteurs (tels que l'ajustement entre deux pièces). Parce que l'énergie change avec la puissance et le temps, et que le temps est fixe, l'énergie appliquée changera d'une partie à l'autre. Pour la production de masse où la cohérence est importante, cela n'est clairement pas souhaitable. Le soudage énergétique est un processus en boucle fermée avec contrôle de rétroaction. Le logiciel de la machine à ultrasons mesure la puissance absorbée et ajuste le temps de traitement pour fournir l'énergie requise au joint. L'hypothèse de ce processus est que si l'énergie consommée par chaque soudure est la même, la quantité de matière fondue au joint est la même à chaque fois. Cependant, la situation réelle est qu'il y a une perte d'énergie dans le kit de soudage et notamment à l'interface entre la tête de soudage et la pièce. En conséquence, certaines pièces peuvent recevoir plus d'énergie que d'autres, ce qui peut entraîner une résistance de la soudure inégale. Le soudage à distance permet d'assembler les pièces à une profondeur de soudage spécifique. Ce mode de fonctionnement ne dépend pas du temps, de l'énergie absorbée ou de la puissance et compense les écarts dimensionnels dans la pièce moulée, garantissant ainsi au mieux que la même quantité de plastique est fondue dans le joint à chaque fois. Afin de contrôler la qualité, une limite peut être fixée sur l'énergie ou le temps utilisé pour former la soudure