Wie erzeugt das Ultraschallschweißgerät Wärme?
Die Ultraschallschweißtechnologie ist aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Zuverlässigkeit und einfache Automatisierungsintegration eine gängige Technologie im Bereich des Kunststoffschweißens. Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmequellen, die Wärme in direktem Kontakt mit Kunststoff erzeugen, entsteht beim Ultraschallschweißen Wärme durch Reibung.
1. Amplitude, Frequenz und Wellenlänge
Beim Ultraschallschweißen werden Longitudinalwellen in Form hoher Frequenzen übertragen, was zu mechanischen Schwingungen 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 ihren Zusammenhang mit der Wärmeerzeugung zu verstehen, müssen wir die Hauptkomponenten einer Ultraschallschweißmaschine verstehen.
Die Hauptkomponenten einer Ultraschallschweißmaschine sind ein Stromgenerator, ein Wandler, ein Amplitudenmodulator (manchmal auch als Horn bezeichnet) und ein Schweißkopf. Der Stromgenerator wandelt eine 50-60-Hz-Stromversorgung mit einer Spannung von 120 V/240 V in eine Stromversorgung um, die bei 20-40 Khz mit einer Spannung von 1300 V arbeitet. Diese Energie wird dem Wandler zugeführt, der die scheibenförmige piezoelektrische Keramik verwendet, um die elektrische Energie in mechanische Schwingung umzuwandeln, das heißt, wenn ein Hochfrequenzstrom durch die piezoelektrische Keramik fließt, erzeugt die piezoelektrische Keramik eine Dehnungsverschiebung.
Der Wandler überträgt die Schwingung auf den Amplitudenmodulator. Der Amplitudenmodulator verstärkt die Amplitude der Ultraschallwelle und überträgt sie weiter zum Schweißkopf. Das Horn verstärkt weiterhin die Amplitude der Ultraschallwellen und stellt Kontakt mit dem Teil her.
Letztendlich wird die Energie auf die verschweißten Rippenstellen der beiden Teile der Baugruppe übertragen. Da die Schweißrippe mit einer scharfen Spitze konstruiert ist, wird die Energie an der Spitze der Spitze konzentriert und die Reibungswärme wird unter dem Druck erzeugt. Diese Wärme wird durch zwei Arten von Reibung erzeugt, eine ist die Oberflächenreibung zwischen den Materialien des oberen und unteren Teils und die andere ist die intermolekulare Reibung innerhalb des Materials. Erst die durch Reibung entstehende Wärme lässt Ober- und Unterteil schmelzen und sich an der Schweißstelle verbinden.
2. Verstehen Sie die Heizrate
Bei gleichem Material bestimmen drei Faktoren die Aufheizrate: Frequenz, Amplitude und Schweißdruck. Bei vorhandener Ausrüstung, wie z. B. 15-kHz-, 20-kHz-, 30-kHz- oder 40-kHz-Maschinen, ist die Frequenz festgelegt. So kann die Aufheizrate meist mit dem Schweißdruck verändert werden. Allgemein gilt, je höher der Druck, desto schneller die Aufheizgeschwindigkeit. Alternativ können Sie die Amplitude variieren, wie beim Druck, je größer die Amplitude, desto schneller die Heizrate.
Natürlich können übermäßiger Druck und übermäßige Amplitude auch die Schweißqualität beeinträchtigen, wie z. B. Materialverschlechterung, Lecks, Risse und Grate verursachen. Daher erfordert das Ultraschallschweißen einen Prozess zum Optimieren von Prozessparametern. Nachdem die Parameter bestimmt wurden, kann der Schweißprozess eine stabile Leistung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Schweißfestigkeit erzielen. Aus diesem Grund ist das Ultraschallschweißen in der Massenproduktion weit verbreitet.
3. Zeit, Entfernung, Kraft und Energie
Die zum Schweißen erforderliche Wärmemenge hängt von der Materialart, dem Schweißdesign und den Gerätespezifikationen ab. Die traditionelle Methode zur Wärmesteuerung ist das Schweißen im Zeitmodus, d. h. das Schweißen für eine bestimmte Zeit, z. B. 0.2-1s (im Allgemeinen weniger als 1 s). Mit den heutigen Ultraschallschweißgeräten ist es jedoch oft möglich, Schweißabstand, -leistung und -energie einzustellen und zu überwachen. Mit entsprechend geschulten Bedienern können Parameteranpassungen auch entsprechend den tatsächlichen Bedingungen und unterschiedlichen Materialien vorgenommen werden, was zu konsistenten Schweißergebnissen führt. Dies verbessert auch die Flexibilität und Zuverlässigkeit des Schweißens erheblich.
