Wie wird die Wärme der Ultraschallschweißmaschine erzeugt?
Die Ultraschallschweißtechnologie hat die Vorteile von Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und einfacher Automatisierungsintegration und ist eine gängige Technologie für das Kunststoffschweißen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmequellen, die Wärme in direktem Kontakt mit Kunststoff erzeugen, erzeugen Ultraschall-Kupferverbindungen Wärme durch Sprühen.
1. Amplitude, Frequenz und Wellenlänge
Beim Ultraschallschweißen breiten sich Longitudinalwellen mit hohen Frequenzen aus, was zu mechanischen Vibrationen mit geringer Amplitude führt. Die elektrische Energie der Schweißmaschine wird für die Hin- und Herbewegung in mechanische Energie umgewandelt. Um die Beziehung zwischen Amplitude, Frequenz und Wellenlänge und ihre Beziehung zur Wärmeerzeugung zu verstehen, müssen wir die Hauptkomponenten eines Ultraschallschweißgeräts identifizieren.
Die Hauptkomponenten eines Ultraschallschweißgeräts sind eine Stromquelle, ein Wandler, ein Amplitudenmodulator (manchmal auch als Amplitudenwandler bezeichnet) und ein Schweißkopf. Der Generator wandelt ein 50-60Hz-Netzteil mit einer Spannung von 120V/240V in ein 20-40kHz-Netzteil mit einer Spannung von 1300V um. Diese Energie wird in den Sensor eingespeist, der die elektrische Energie mithilfe einer scheibenförmigen piezoelektrischen Keramik in mechanische Schwingungen umwandelt, die bei Durchleitung eines hochfrequenten Stroms eine Dehnungsverschiebung erzeugt.
Der Wandler überträgt die Schwingung an den Amplitudenmodulator. Der Amplitudenmodulator verstärkt die Amplitude der Ultraschallwellen und überträgt sie weiter an den Schweißkopf. Die Lötspitze verstärkt weiterhin die Amplitude der Ultraschallwellen und kontaktiert das Bauteil.
Die Energie wird auf die Schweißdrahtstellen der beiden Teile der Baugruppe übertragen. Da die Elektrode als Punkt konzipiert ist, an dem Energie konzentriert wird, erzeugt Reibung unter Druck Wärme. Wärme wird durch Reibung zwischen der Ober- und Unterseite des Materials und zwischen den Molekülen innerhalb des Materials erzeugt. Die Reibungswärme schmilzt Ober- und Unterteil und verbindet sie an der Schweißstelle miteinander.
2. Kennen Sie die Heizrate
Bei gleichem Material bestimmen drei Faktoren die Aufheizrate: Frequenz, Amplitude und Schweißdruck. Bei bestehenden Geräten wie 15Khz, 20Khz, 30Khz oder 40Khz ist die Frequenz fest. Daher kann die Heizrate normalerweise durch den Schweißdruck geändert werden. Im Allgemeinen gilt, je höher der Druck, desto schneller die Heizrate. Außerdem können Sie die Amplitude genau wie den Druck ändern, je höher die Amplitude, desto schneller die Erwärmung.
Natürlich können übermäßiger Druck und übermäßige Amplitude auch die Schweißqualität beeinträchtigen, wie z. B. Materialverschlechterung, Lecks, Risse und Verschüttungen. Daher erfordert das Ultraschallschweißen einen Prozess zur Optimierung der Prozessparameter. Nachdem die Schweißprozessparameter bestimmt wurden, kann der Schweißprozess eine stabile Ausgabe mit hoher Geschwindigkeit und hoher Festigkeit erreichen. Aus diesem Grund ist das Ultraschallschweißen in der Massenproduktion weit verbreitet.
3. Zeit, Entfernung, Kraft und Energie
Die zum Schweißen erforderliche Wärme hängt von der Materialart, dem Schweißdesign und den Ausrüstungsspezifikationen ab. Die traditionelle thermische Steuermethode ist das Schweißen im Zeitmodus, d. h. das Schweißen für eine bestimmte Zeit, wie z. B. 0.2-1s (im Allgemeinen weniger als 1 s). Heutige Ultraschall-Schweißgeräte erlauben jedoch oft auch die Einstellung und Überwachung von Schweißabstand, -leistung und -energie. Entsprechend geschulte Bediener können auch Parameter für konsistente Schweißergebnisse basierend auf den tatsächlichen Bedingungen und unterschiedlichen Materialien anpassen. Dies verbessert auch die Flexibilität und Zuverlässigkeit des Schweißens erheblich.
