Ultraschall-Kunststoffschweißanalyse
Prinzip:
Mechanische Ultraschallvibration (Frequenz 10-70 kHz, Amplitude 1-250 μm) wird auf Kunststoffteile angewendet, um eine lokale Erwärmung unter Druck (Wärme entsteht durch die kombinierte Wirkung von Oberflächen- und intermolekularer Reibung) und Schmelzen zu erzeugen. Eine Schweißnaht bilden. Wie gezeigt, ist der Ultraschallschweißprozess in vier Stufen unterteilt.
Stufe 1: Das Horn hat Kontakt mit dem Teil, übt Druck aus und beginnt zu vibrieren. Die Reibungswärme leitet die Energieführungsrippen ab und die Lösung fließt in die Klebefläche. Wenn der Abstand zwischen den beiden Teilen abnimmt, nimmt der Schweißaufwand (der Abstand zwischen den beiden Teilen aufgrund des Schmelzestroms) ab. Anfänglich nimmt der Betrag der Schweißverdrängung schnell zu und verlangsamt sich dann, wenn sich die Führungsrippe für geschmolzene Energie ausbreitet und die Oberfläche des unteren Teils berührt. In der festen Reibungsphase wird Wärme durch die Reibungsenergie zwischen den beiden Oberflächen und die innere Reibung im Teil erzeugt. Die Reibungswärme bewirkt, dass sich das Polymermaterial bis zu seinem Schmelzpunkt erwärmt. Die Wärmemenge ist abhängig von der Einwirkungsfrequenz, der Amplitude und dem Druck.
Stufe 2: Eine Erhöhung der Schmelzrate führt zu einer Erhöhung der Schweißverdrängung und des Kontakts zwischen den Oberflächen der beiden Teile. In diesem Stadium wird eine dünne geschmolzene Schicht gebildet und die Dicke der geschmolzenen Schicht wird aufgrund der kontinuierlichen Wärmeerzeugung erhöht. Die Wärme in diesem Stadium wird durch viskose Ableitung erzeugt.
Stufe 3: Die Dicke der Lösungsschicht in der Schweißnaht bleibt gleich und begleitet von einer konstanten Temperaturverteilung tritt ein stationäres Schmelzen auf.
Stufe 4: Nach einer festgelegten Zeitspanne oder nach Erreichen einer bestimmten Energie, Leistung oder Entfernung wird die Stromversorgung abgeschaltet, die Ultraschallvibration wird gestoppt und die vierte Stufe wird gestartet. Der Druck wird aufrechterhalten und ein Teil der zusätzlichen Lösung wird aus der Verbindung herausgedrückt. Die maximale Verschiebung wird erreicht, wenn die Schweißnaht abgekühlt und verfestigt wird und eine intermolekulare Diffusion auftritt.
