Ultrahangos műanyag hegesztés elemzése
Elv:
Ultrahangos mechanikai rezgést (frekvencia 10-70 kHz, amplitúdó 1-250 μm) alkalmaznak a műanyag alkatrészekre nyomás alatt történő helyi melegítéshez (a hőt a felület és az intermolekuláris súrlódás együttes hatása okozza), és az olvadék hegesztést képez. Amint az ábrán látható, az ultrahangos hegesztési folyamat négy szakaszra oszlik.
1. szakasz: A kürt érintkezésbe kerül az alkatrészekkel, nyomást gyakorol és rezegni kezd. A súrlódási hő eloszlatja az energiavezető bordákat, és az oldat a kötőfelületbe áramlik. Ahogy a két rész közötti távolság csökken, a hegesztés mennyisége (a két rész közötti távolság az olvadék áramlása miatt) csökken. A hegesztés mértéke kezdetben gyorsan növekszik, majd lelassul, amikor az olvadt energiát vezető bordája elterjed és érintkezik az alsó rész felületével. A szilárd súrlódási fázisban hőt generál a két felület közötti súrlódási energia és az alkatrész belső súrlódása. A súrlódási hő miatt a polimer anyag felmelegszik olvadáspontjáig. A hőmennyiség a hatás gyakoriságától, amplitúdójától és nyomásától függ.
2. lépés: Az olvadási sebesség növekedése növeli a hegesztés elmozdulásának mértékét és a két alkatrész felületei közötti érintkezést. Ebben a szakaszban egy vékony olvadékréteg alakul ki, és az olvadt réteg vastagsága megnő a folyamatos hőtermelés miatt. A hőt ebben a szakaszban viszkózus eloszlás generálja.
3. lépés: Az oldatréteg vastagsága a hegesztett varratban változatlan marad, és állandó hőmérsékleti eloszlással jár, egyensúlyi olvadás következik be.
4. szakasz: Meghatározott idő elteltével vagy egy meghatározott energia, teljesítmény szint vagy távolság elérése után az áramellátást kikapcsolják, az ultrahangos rezgést leállítják, és elindul a negyedik szakasz. A nyomást fenntartjuk, és az extra oldat egy részét kihúzzuk az ízületből. A maximális elmozdulást akkor érik el, amikor a hegesztést lehűtik és megszilárdulnak, és a molekulák közötti diffúzió következik be.
