Aplicación do principio de corte e soldadura de cintas ultrasónicas

Principio do corte e soldadura por ultrasóns

O corte e a soldadura por ultrasóns son un subcampo das aplicacións ultrasónicas na industria e utilízanse cada vez máis debido ás súas características respectuosas co medio ambiente, eficientes e esteticamente agradables.

Principio de corte e soldadura por ultrasóns

O corte e soldadura de cintas por ultrasóns utiliza vibracións mecánicas de alta frecuencia de 20-40 kHz, transferindo enerxía á superficie de contacto da cinta a través do cabezal de soldadura. 1. Conversión de enerxía: o xerador de ultrasóns converte a enerxía eléctrica en vibracións mecánicas de alta frecuencia, que se amplifican co transformador de amplitude e logo se transmiten ao cabezal de soldadura. 2. Xeración de calor por fricción: o cabezal de soldadura presiona contra a cinta, causando fricción de alta frecuencia entre as fibras do seu interior, xerando instantaneamente altas temperaturas localizadas de 500-1000 ℃. 3. Soldadura e corte síncronos: a alta temperatura derrete as fibras da cinta (como o nailon e o poliéster), mentres que a presión do cabezal de soldadura compacta a parte fundida, formando unha capa de soldadura forte. Se se usa cun cabezal de soldadura de corte específico, a alta temperatura pode cortar simultaneamente a cinta, conseguindo un "corte + soldadura" integrado. 4. Arrefriamento e conformado: despois de que a vibración deteña, a presión mantense durante 0,1-0,5 segundos, o que permite que a área soldada se arrefríe e solidifique rapidamente, completando o proceso de corte e soldadura. (Os sistemas pneumáticos proporcionan amortiguación, garantindo tamén a refrigeración e a conformación durante o proceso de corte e soldadura.)

Composición do sistema de corte e soldadura por ultrasóns

O sistema de soldadura de plástico ultrasónico de uso común consta de tres compoñentes principais: un xerador ultrasónico (caixa eléctrica), un transdutor ultrasónico (vibrador) e un molde ultrasónico (cabezal do molde, cabezal de soldadura, bucina).

Xerador ultrasónico (caixa eléctrica), transdutores ultrasónicos (vibradores), moldes ultrasónicos (cabezas de molde, cabezas de soldadura, bucinas)

1. Xerador ultrasónico (caixa eléctrica): Converte a enerxía da rede eléctrica nunha saída estable de alta frecuencia e alta tensión.

2. Transdutor ultrasónico (oscilador): Un dispositivo acústico que converte a enerxía, transformando a enerxía eléctrica en enerxía mecánica.

3. Amplificador: A amplitude da vibración mecánica do transdutor modifícase mediante unha relación de ganancia preestablecida.

4. Moldes (cabezas de soldadura, cornos): Personalizado con dimensións específicas segundo as necesidades das aplicacións de soldadura e corte, e deseñado con características acústicas para cumprir os requisitos de resonancia do sistema ultrasónico. A continuación, empregarei varias fórmulas para explicar o fenómeno de axuste de parámetros nas aplicacións.

Enerxía = Amplitude * Presión * Tempo * Constante K = Potencia * Tempo

As fórmulas anteriores mostran que na soldadura e no corte, a amplitude da onda ultrasónica (que se pode axustar no xerador), a presión (presión de aire ou par do cilindro eléctrico, así como a rixidez e dureza estruturais) e o tempo de emisión da onda están correlacionados positivamente co efecto de soldadura e corte. Noutras palabras, se o produto non se corta ben, estes parámetros pódense axustar positivamente. Significa isto que canto máis altos sexan estes parámetros, mellor? Por suposto que non!

P = K∗A∗f∗δ, onde P representa a potencia de soldadura, en W;

K é unha constante cuxa magnitude está relacionada coa condución do son e a disipación de enerxía do material. Isto significa que normalmente dicimos que diferentes materiais necesitan diferentes axustes finos de parámetros para cumprir os requisitos.

Unha representa a área do corte de soldadura, medida en metros cadrados (㎡). Esta é a superficie de contacto do corte de soldadura, polo que a lonxitude e o ángulo do bordo de corte adoitan determinar esta área.

f é a frecuencia ultrasónica, o que significa que, teoricamente, as frecuencias máis altas son máis fáciles de soldar. Non obstante, acusticamente, canto maior sexa a frecuencia, máis difícil será conseguir unha gran amplitude; a unidade é Hz.

d representa a amplitude, medida en metros (m). Teoricamente, unha amplitude maior resulta nunha mellor soldadura e corte. Non obstante, a vida útil á fatiga dos materiais metálicos está relacionada coa frecuencia, as propiedades do material, a tensión, o tempo, a presión e a dureza, e polo tanto vese afectada por outros parámetros.

Seis factores que afectan os resultados do corte e soldadura por ultrasóns:

Presión + Tempo + Estrutura mecánica + Materiais do produto + Depuración

1. Presión de soldadura ultrasónica

Aplicar a presión axeitada á superficie de soldadura fai que o material de soldadura pase de elástico a plástico, promove a interdifusión molecular e despraza o aire residual da soldadura, aumentando así o rendemento de selado da superficie de soldadura. A presión xeralmente non supera os 0,5 MPa.

2. Tempo de soldadura/corte ultrasónico (tempo de emisión de ondas)

Son esenciais un tempo de fusión axeitado e un tempo de arrefriamento suficiente. Cunha saída de calor fixa, un tempo insuficiente resultará nunha soldadura incompleta, mentres que un tempo excesivo provocará a deformación da soldadura, o desbordamento de escoria e, ás veces, puntos quentes (decoloración) en zonas non soldadas. É fundamental garantir que a superficie da soldadura absorba suficiente calor para alcanzar un estado completamente fundido que garanta unha difusión e fusión molecular axeitadas. Simultaneamente, é necesario un tempo de arrefriamento suficiente para que a soldadura alcance unha resistencia axeitada.

3. Amplitude ultrasónica

4. Estrutura mecánica

A precisión e a estabilidade da fabricación do marco afectan directamente o efecto da soldadura, especialmente para algúns produtos de precisión, onde a estrutura mecánica debe coincidir coa precisión do produto.

5. Materiais do produto

Factores como o material das pezas soldadas, a súa estrutura, o grosor e a resistencia á presión tamén inflúen directamente no efecto da soldadura.

6. Depuración do equipo

En conclusión, para que un produto alcance os mellores resultados de corte e soldadura por ultrasóns, a depuración do equipo tamén é unha garantía importante. A adaptación flexible e o axuste de varios parámetros e a depuración in situ por parte dos enxeñeiros xogan un papel importante.