Plastiklerin ultrasonik kaynağı

Plastiklerin ultrasonik kaynağı

Önemli noktalar

• Arayüzde viskoelastik ısınma — 20–40 kHz titreşim, bir enerji yönlendiriciyi veya makaslama bağlantısını bir saniyenin altında eritir.
• Amorf reçineler kolay kaynaklanır; yarı kristalin reçineler makaslama bağlantısı, yakın alan geometrisi ve daha sıkı kontrol gerektirir.
• Belirtilmiş bir pencereye sahip çökme mesafesi modu, prosesi yürütmek ve doğrulamak için sağlam yoldur.
• En hızlı ve en ucuz kaynak yöntemi; partikül, sonotrot izi ve titreşime duyarlı içerikler tarafından sınırlanır.

Plastiklerin ultrasonik kaynağı

Ultrasonik kaynak, 20–40 kHz frekanslı ve tepeden tepeye 20–120 µm genlikli mekanik titreşimin bir parça boyunca bağlantı arayüzüne iletildiği, viskoelastik ve sürtünmeli ısınmanın ince bir polimer tabakasını eriterek basınç altında katılaşıp kaynak oluşturduğu bir termoplastik birleştirme prosesidir. Solvent, yapıştırıcı veya sarf malzemesi kullanılmaz.

Yığın, 20 kHz'de yaklaşık 20 µm veren piezoelektrik bir dönüştürücüden, 1:1,5 veya 1:2,5 gibi kazançlı bir yükselticiden ve aynı frekansa ayarlanmış, pnömatik veya servo kuvvetle parçaya basan bir sonotrottan oluşur. 20 kHz daha büyük parçalara ve yüksek güce uygundur; genlik, gerilim ve iz daha düşük olduğundan 30–40 kHz küçük, hassas veya görünür parçalara uygundur.

Polimerler viskoelastiktir: döngüsel gerinim histerezisle kısmen ısıya dönüşür ve en küçük kesitte — enerji yönlendirici ucunda veya makaslama bağlantısı girişiminde — yoğunlaşır; erime milisaniyeler içinde başlar. Sonotrot yüzeyinin yaklaşık 6 mm içindeki bir bağlantı yakın alan, ötesi uzak alandır. Amorf reçineler titreşimi az kayıpla iletir ve uzak alanda kaynaklanır; yarı kristalin reçineler ve elastomerler titreşimi sönümler ve güvenilir biçimde yalnızca yakın alanda kaynaklanır.

Malzeme uygunluğu

Proses parametreleri ve bağlantı tasarımı

Bağlantı tasarımı, herhangi bir ayardan daha fazlasını belirler. Enerji yönlendirici, eşleşen yüzlerden birinde 60–90° iç açılı, 0,2–0,6 mm yüksekliğinde ve tabanı yaklaşık iki katı olan üçgen bir nervürdür; yarı kristalin reçineler için 60° ve daha yüksek ucu kullanın, parçaları basamak veya geçmeli yuvayla konumlandırın. Makaslama bağlantısı, dudak ile duvar arasında 0,2–0,4 mm radyal girişim, 30–45° giriş açısı, duvarın yaklaşık 1,25 katı kaynak derinliği ve çevresel gerilime direnen bir yuva kullanır. Makaslama bağlantıları, yarı kristalin reçinelerde en güçlü ve en hermetik kaynakları verir.

Ultrasonik kaynakların sorun giderilmesi

Ultrasonik kaynağın lazer, titreşim ve sıcak plaka kaynağıyla karşılaştırılması

Çevrim süresinde ve takım maliyetinde ultrasonik nadiren geçilir; büyük, görünümü kritik, elektronik taşıyan veya partikül hassasiyeti olan parçalar için nadiren doğrudur. Olağan alternatif geçirgen (transmisyon) lazer kaynağıdır; eşleşen bir reçine çifti gerektirir (bkz. lazer transmisyon kaynağının açıklaması ve reçine çifti ve renklendirici seçimi) ve bağlantı yüzlerinin yaklaşık 0,1 mm içinde olmasını ister; ultrasonik ise daha zayıf uyuma ve her renge tolerans gösterir. Sabreen mühendisleri lazer kaynağı proseslerini geliştirir, ekipman satmaz ve birini önermeden önce bu karşılaştırmayı uygular.

Ultrasonik kaynağın belirlenmesi ve doğrulanması

Bir çizimdeki “ultrasonik kaynak” hiçbir şeyi belirtmez. Bir performans gereksinimi, bir proses içi pencere ve pencerenin bunu sağladığına dair kanıt belirtin.

• Mukavemet. Montaj üzerinde çekme mukavemeti veya malzeme çifti taraması için AWS G1.2M/G1.2 I-kiriş numunesi; amorf yakın alan kaynakları ana malzeme mukavemetinin %70–100'üne ulaşır. Minimum değeri ve hata modunu belirtin.
• Patlama ve sızıntı. Minimum patlama basıncı ve “sızıntı yok” değil, sayısal bir basınç düşümü veya helyum sızıntı sınırı. 2 mm'lik bir atlama içeren güçlü bir kaynak yine de sızdırır.
• Çökme penceresi. Örneğin 0,35 ± 0,05 mm; enerji ve tepe güç ikincil sınırlar olarak her çevrimde kaydedilir; pencere dışındaki parçalar reddedilir.
• IQ/OQ/PQ. ISO 13485 ve FDA kalite sistemi düzenlemesi kapsamında: IQ kaynak makinesini, yığını, fikstürü ve ölçülen genliği doğrular; OQ, genlik, kuvvet ve çökme üzerinde tasarlanmış deneyle pencereyi haritalar; PQ, üretim operatörleri ve reçinesiyle nominal değerde üç parti çalıştırır. Herhangi bir sonotrot, yükseltici veya reçine değişikliğinden sonra yeniden nitelendirin; bağlantı tasarımını DVS 2216 kapsar.

İlgili terimler ve okumalar

• Plastik lazer kaynağı
• Geçirgen (transmisyon) lazer kaynağı
• Lazer kaynağı hizmetleri
• Lazer transmisyon kaynağının açıklaması
• Reçine çifti ve renklendirici seçimi
• Şeffaftan şeffafa lazer kaynağı

Bunu üretimde uygulamak

The Sabreen Group; ultrasonik ve lazer kaynağı proses geliştirme, bağlantı tasarımı ve kaynak doğrulaması konusunda bağımsız mühendislik desteği sunar. Bir proses belirliyor, bir malzemeyi nitelendiriyor veya bir üretim sorununu gideriyorsanız mühendislik hizmetleri ekibimiz yardımcı olabilir. Uygulamanızı görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Sıkça sorulan sorular

20 kHz mi, 40 kHz mi ile kaynak yapmalıyım?

Yaklaşık 50 mm üzerindeki parçalar, kalın duvarlar, yarı kristalin reçineler ve daha fazla genlik ile güç gerektiren uzak alan bağlantıları için 20 kHz kullanın. Küçük, ince duvarlı veya görünür parçalar ve elektronik taşıyan her şey için 30–40 kHz kullanın: genlik ve iletilen gerilim yarıya iner, iz azalır ve sonotrot yarı uzunluktadır.

Polipropilen ve diğer yarı kristalin plastikler ultrasonik olarak kaynaklanabilir mi?

Evet, daha dar bir pencereyle. Titreşimi sönümlerler; bu yüzden bağlantı 60–120 µm genlikte sonotrotun yaklaşık 6 mm içinde olmalı ve ABS'nin 90° yönlendiricisi yerine bir makaslama bağlantısı veya keskin 60° yönlendirici olmalıdır. Keskin erime noktaları nedeniyle tutma kuvveti daha önemlidir.

Bir kaynak çekme testini geçtiği halde neden hâlâ sızdırır?

Çünkü mukavemet ve süreklilik farklı şeylerdir. Çekme testi tüm kaynağın ortalamasını alır ve bağlantının %90'ı sağlamsa geçer; çarpık bir parçadan veya düz olmayan bir sonotrottan kaynaklanan tek bir 2 mm'lik atlama ise sızdırır. Sızıntıyı sayısal bir sınır olarak belirtin, eksik kaynaklı parçaların reddedilmesi için çökme modunu çalıştırın ve sızıntılar kümelendiğinde sonotrot paralelliğini kontrol edin.

Lazer kaynağı ne zaman daha iyi bir seçimdir?

Parça görünüm açısından kritikse, elektronik taşıyorsa, partikülsüz bir akışkan yolu gerektiriyorsa, uzun veya üç boyutlu bir dikişe sahipse ya da sonotrotun erişimini aşıyorsa. Lazerde titreşim, sonotrot izi veya partikül yoktur; bedeli daha yüksek yatırım, eşleşen bir reçine çifti ve yaklaşık 0,1 mm içindeki bağlantı yüzleridir. Çevrim süresi ve maliyette ultrasonik hâlâ kazanır.

---