초음파 용접 공정 매개 변수
초음파 용접의 주요 공정 매개 변수는 진폭, 용접 시간, 보압 시간, 용접 압력, 주파수 등입니다. 최상의 용접 사양은 용접 할 부품과 사용되는 용접 장비에 따라 다릅니다. 용접 매개 변수의 조정은 부품의 크기와 강성, 특히 용접 헤드와 용접 조인트 사이의 거리에 따라 달라집니다. 용접 능력은 플라스틱이 초음파 진동을 전달하는 능력에 의해 제한됩니다 (부품이 손상되지 않음).
1. 주파수
초음파에 일반적으로 사용되는 주파수는 20, 30, 40kHz이고 반결 정성 플라스틱의 경우 15kHz입니다. 20kHz는이 주파수에서 열가소성 수지를 녹이는 데 필요한 진폭과 전력을 쉽게 얻을 수 있기 때문에 가장 일반적으로 사용되는 초음파 주파수이지만 제어하기 어려운 기계적 진동이 많이 발생하고 도구가 매우 커질 수 있습니다. 더 적은 진동을 생성하는 더 높은 주파수 (40kHz)가 가능하며 일반적으로 엔지니어링 플라스틱 및 강화 폴리머 용접에 사용됩니다. 고주파 용접 장비의 장점은 다음과 같습니다. 저소음, 작은 부품 크기, 향상된 부품 보호 (접합 인터페이스 외부 영역의 주기적 응력 감소 및 비 선택적 가열로 인한), 기계적 에너지 제어 개선, 용접 압력 감소 , 및 처리 속도가 더 빠릅니다. 단점은 부품의 크기가 작고 전력 용량이 감소하고 진폭이 감소하여 원거리 용접을 수행하기 어렵다는 것입니다. 고주파 초음파 용접기는 일반적으로 소형 정밀 부품 (예 : 전기 스위치) 및 재료 열화가 적은 부품을 용접하는 데 사용됩니다. 15kHz 용접기는 대부분의 열가소성 수지를 빠르게 용접 할 수 있으며 대부분의 경우 재료 열화는 20kHz 용접기만큼 좋지 않습니다. 20kHz에서 용접하기 어려운 부품 (특히 고성능 고무 및 플라스틱 기술 및 장비로 만든 부품)은 15kHz 효율로 용접 할 수 있습니다. 낮은 주파수에서 용접 헤드의 공진 길이는 더 길며 모든 크기에서 더 크게 만들 수 있습니다. 15kHz 사용의 또 다른 중요한 장점은 고주파를 사용하는 것에 비해 플라스틱의 초음파 감쇠를 크게 줄여 더 부드러운 플라스틱을 용접 할 수 있고 더 큰 원거리 거리를 얻을 수 있다는 것입니다.
2. 프레임
용접의 성공 여부는 용접 헤드 끝의 적절한 진폭에 달려 있습니다. 모든 혼 / 용접 헤드 조합의 경우 진폭이 고정됩니다. 적절한 용융 정도를 얻기 위해 용접 할 재료에 따라 진폭을 선택합니다. 일반적으로 반결 정성 플라스틱은 비결 정성 플라스틱보다 더 많은 에너지를 필요로하므로 더 큰 팁 진폭이 필요합니다. 최신 초음파 용접기의 공정 제어를 통해 그레이딩이 가능합니다. 높은 진폭은 용융을 시작하는 데 사용되며 낮은 진폭은 용융 된 재료의 점도를 제어하는 데 사용됩니다. 증가는 전단 접합 설계 부품의 용접 품질을 향상시킵니다. 맞대기 조인트의 경우 진폭이 증가하면 용접 품질이 향상되고 용접 시간이 감소합니다. 초음파 용접에 에너지 가이드 막대를 사용할 때 평균 열 손실률 (Qavg)은 재료의 복합 손실 계수 (Eʺ), 주파수 (ω) 및 작용 변형률 (ε0)에 따라 달라집니다. Qavg=ωε02Eʺ / 2
열가소성 수지의 복합 손실 계수는 온도와 밀접한 관련이 있습니다. 융점 또는 유리 전이 온도에 도달하면 손실 계수가 증가하고 더 많은 에너지가 열로 변환됩니다. 가열이 시작되면 용접 인터페이스의 온도가 급격히 상승합니다 (최대 1000 ° C / s). 적용되는 변형률은 용접 조인트의 진폭에 비례하므로 진폭을 변경하여 용접 인터페이스의 가열을 제어 할 수 있습니다. 진폭은 열가소성 압출의 흐름을 제어하는 중요한 매개 변수입니다. 진폭이 크면 용접 인터페이스의 가열 속도가 높아지고 온도가 상승하며 용융 된 재료의 흐름이 가속화되어 분자 배향이 증가하고 플래시가 증가하며 용접 강도가 감소합니다. 용융을 시작하려면 높은 진폭이 필요합니다. 진폭이 너무 낮 으면 용융이 고르지 않고 조기 응고됩니다. 진폭이 증가하면 열가소성 재료는 더 많은 진동 에너지를 소비하고 용접되는 부품은 더 큰 응력을 받게됩니다. 진폭이 용접주기 내내 일정하게 유지되는 경우 용접 된 부품에 과도한 손상을 일으키지 않는 가장 높은 진폭이 일반적으로 사용됩니다. 폴리에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 결정질 플라스틱의 경우 진폭의 영향은 ABS 및 폴리스티렌과 같은 비정질 플라스틱의 영향보다 훨씬 큽니다. 이는 결정질 플라스틱의 용융 및 용접에 더 많은 에너지가 필요하기 때문일 수 있습니다. 진폭은 기계적으로 (혼 또는 용접 헤드를 변경하여) 또는 전기적으로 (변환기에 공급되는 전압을 변경하여) 조정할 수 있습니다. 실제로 기계적 방법은 더 큰 조정에 사용되는 반면 전기적 방법은 미세 조정에 사용됩니다. 고 융점 재료, 원거리 용접 및 반결 정성 플라스틱은 일반적으로 비정질 플라스틱 및 근거리 용접보다 더 큰 진폭이 필요합니다. 비정질 플라스틱의 일반적인 총 진폭 범위는 30-100 μm이고 결정질 플라스틱의 일반적인 총 진폭 범위는 60-125 μm입니다. 진폭 분포는 양호한 용융 흐름과 일관된 높은 용접 강도를 얻을 수 있으며, 진폭 프로파일은 양호한 용융 흐름과 일관된 높은 용접 강도를 얻을 수 있습니다. 결합 된 진폭과 힘 수준의 경우 더 큰 진폭과 힘을 사용하여 용융을 시작한 다음 진폭과 힘을 줄여 용접선을 따라 분자 방향을 줄입니다.
3. 용접 시간
용접 시간은 진동이 가해지는 시간입니다. 각 응용 분야에 적합한 용접 시간을 결정하기 위해 실험하십시오. 용접 시간을 늘리면 최적의 시간에 도달 할 때까지 용접 강도가 증가합니다. 용접 시간이 더 증가하면 용접 강도가 감소하거나 강도가 약간만 증가하는 동시에 용접 버가 증가하고 부품 압입 가능성이 높아집니다. 과도한 용접을 피하는 것은 다듬어야하는 과도한 플래시를 생성하여 용접 품질을 저하시키고 밀봉해야하는 부품의 누출을 유발할 수 있기 때문에 중요합니다. 용접 헤드가 표면을 긁을 수 있습니다. 더 긴 용접 시간의 경우 접합부에서 멀리 떨어진 부품, 특히 성형 부품의 구멍, 용접 및 날카로운 모서리에서 용융 및 파단이 발생할 수도 있습니다.
4. 개최 시간
유지 시간은 용접 후 진동 압력없이 부품이 결합되고 응고되는 공칭 시간을 나타냅니다. 대부분의 경우이 매개 변수는 중요한 매개 변수가 아닙니다. 내부 하중이 용접 된 부품 (예 : 용접 전에 압축 된 코일 스프링)을 분해하기 쉽지 않은 경우 일반적으로 0.3 ~ 0.5 초이면 충분합니다.
5. 압력
용접 압력은 용접 헤드와 부품 간의 결합에 필요한 정적 인 힘을 제공하므로 진동이 부품에 전달 될 수 있습니다. 용접 사이클의 압력 유지 단계에서 접합부의 용융 된 재료가 응고 될 때 동일한 정적 하중이 부품의 완전한 연결을 보장 할 수 있습니다. 최적의 압력을 결정하는 것은 좋은 용접을 위해 필수적입니다. 압력이 너무 낮 으면 에너지 전달시 용융 흐름이 나쁘거나 불충분하여 용접주기가 불필요하게 길어집니다. 용접 압력을 높이면 동일한 변위를 달성하는 데 필요한 용접 시간이 줄어 듭니다. 압력이 너무 높으면 흐름 방향을 따라 분자 배향이 발생하고 용접 강도가 감소하여 부품에 압흔이 발생할 수 있습니다. 극단적 인 경우 용접 헤드의 끝단에 비해 압력이 너무 높으면 용접 헤드에 과부하가 걸리고 멈출 수 있습니다. 초음파 용접에서 높은 진폭에는 낮은 압력이 필요하고 낮은 진폭에는 높은 압력이 필요합니다. 진폭이 증가하면 허용 가능한 압력 범위가 좁아집니다. 따라서 높은 진폭의 가장 중요한 것은 최상의 압력을 찾는 것입니다. 대부분의 초음파 용접은 일정한 압력 또는 일정한 힘으로 수행됩니다. 일부 장비의 경우, 사이클 중에 힘을 변경할 수 있습니다. 즉, 힘 프로파일 분석을 수행하고 부품에 초음파 에너지를 적용하는 동안 용접 력을 줄일 수 있습니다. 용접 사이클이 끝날 때 용접 압력 또는 힘이 감소하면 조인트에서 압출되는 재료의 양이 줄어들고 분자 간의 확산 시간이 연장되며 분자 배향이 감소하고 용접 강도가 증가합니다. 폴리 아미드와 유사한 용융 점도가 낮은 재료의 경우 용접 강도가 크게 증가 할 수 있습니다.
6. 용접 방법
시간 용접을 개방 루프 프로세스라고합니다. 용접 헤드를 떨어 뜨리고 만지기 전에 용접 할 부품을 고정구에 조립합니다. 그런 다음 초음파가 고정 된 시간 (일반적으로 0.2 ~ 1 초) 동안 부품에 작용합니다. 이 과정에서 용접이 성공적으로 수행되지 않았습니다. 고정 된 용접 시간으로 인해 고정 된 양의 에너지가 조인트에 작용하고 제어 가능한 양의 용융이 발생한다는 가정 하에서 성공적인 용접은 이상적인 상황입니다. 사실, 한 사이클에서 다음 사이클로 진폭을 유지함으로써 흡수되는 전력은 동일하지 않습니다. 이는 여러 요인 (예 : 두 부품 간의 맞춤) 때문입니다. 에너지는 전력과 시간에 따라 다르고 시간이 고정되어 있기 때문에 적용된 에너지는 한 부분에서 다른 부분으로 바뀝니다. 일관성이 중요한 대량 생산의 경우 이는 분명히 바람직하지 않습니다. 에너지 용접은 피드백 제어가있는 폐쇄 루프 프로세스입니다. 초음파 기계 소프트웨어는 흡수 된 전력을 측정하고 필요한 에너지 입력을 관절에 전달하기 위해 처리 시간을 조정합니다. 이 프로세스의 가정은 각 용접에서 소비되는 에너지가 동일하면 각 연결에서 용융 된 재료의 양이 동일하다는 것입니다. 그러나 실제 상황은 용접 키트, 특히 용접 헤드와 부품 사이의 인터페이스에서 에너지 손실이 발생하는 것입니다. 결과적으로 일부 부품은 다른 부품보다 더 많은 에너지를 받아 용접 강도가 일정하지 않을 수 있습니다. 거리 별 용접을 통해 특정 용접 깊이에서 부품을 결합 할 수 있습니다. 이 작동 모드는 시간, 흡수 된 에너지 또는 전력에 의존하지 않으며 성형 부품의 치수 편차를 보상 할 수 있으므로 매번 동일한 양의 플라스틱이 접합부에서 용융되도록하는 것이 가장 좋습니다. 품질을 제어하기 위해 용접을 형성하는 데 사용되는 에너지 또는 시간에 제한을 설정할 수 있습니다.
