超音波溶接プロセスパラメータの設定
超音波溶接のプロセスパラメータ設定には、超音波溶接力、超音波周波数、超音波振幅、超音波溶接圧力、超音波溶接時間などが含まれます。
l。 超音波の周波数
超音波溶接の使用周波数は通常15〜40kHzであり、PvC、PEなどの低周波数への応答が悪い材料は高周波で溶接できるため、材料の損傷を減らすことができます。 高周波超音波エネルギー伝達が集中しており、一部のデリケートな部品には高周波超音波溶接が使用できます。 超音波溶接では、負荷の変化により超音波装置の離調現象が発生し、溶接強度が強くなります。 一般に、溶接機の動作周波数を決定した後、音響システムを共振状態に保つ必要があります。
次の方程式は、超音波のパワーを表すことができます。
P=µSnv =-2Aω/π= 4usaf
式では、P超音波パワー; F静圧; Sはんだ接合部; v相対速度; 振幅; µ摩擦係数; wは角周波数です。 fは振動周波数です。
2.超音波振幅
より大きな動作周波数と振幅での溶接は、溶接時間を短縮し、作業効率を向上させることができます。 表1に示すように、さまざまな材料に対して最適な溶接振幅があります。超音波溶接の振幅は20µmと小さいです。 通常、40µmの振幅を使用することをお勧めします。 振幅が大きすぎると超音波電源に疲労や損傷が生じることが多いため、超音波振幅の要件は超音波電源と一致しています。
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3.超音波溶接時間
溶接時間とは、溶接工程で超音波エネルギーが放出される時間を指します。 溶接時間が短すぎて、信頼できる溶接継手を作成するのに十分なエネルギーがありません。 溶接時間が長くなると、溶接部はより多くのエネルギーを吸収し、溶接面の温度が上昇し、溶接面積が増加し、溶接溶け込みが増加するため、溶接強度が増加します[22-24]。 ただし、溶接時間が長すぎると、溶接材料が過度に溶けてフラッシュが多くなります。 溶接領域でのこれらの溶融物の流れは方向性があるため、溶融物の流れが多すぎると強度が低下します。 また、溶接時間が長すぎると、溶接部の温度が高くなりすぎて、溶接部が焼けて劣化し、溶接部の表面に溶接痕が生じ、溶接が過剰になり、強度が低下します。 溶接時間が長すぎてエネルギーが多すぎると、溶融層の温度が高くなりすぎて、溶接プラスチックの変色、分解、および脆化が発生します。 溶接端応力が集中し、溶接面にくぼみが発生します。 したがって、より高い溶接強度を得るためには、適切な超音波溶接時間を選択する必要があります。短すぎたり長すぎたりすると、溶接強度が低下します。
4.超音波溶接圧力
超音波溶接圧力とは、溶接プロセス中に溶接ヘッドによって溶接部に加えられる静圧を指し、静圧の適用は超音波エネルギーを溶接部に伝達します。 超音波溶接では、溶接時間が固定されると、圧力が溶接面に関係して適切な接触を形成します。これは、強度にとって非常に重要な要素です。 特定の圧力範囲内で、圧力が増加すると、溶接強度が増加します。 溶接圧力が低いと、溶接部の接触が悪く、摩擦エネルギーが効果的に生成できず、超音波のエネルギー利用率が低くなります。 圧力が低いと、溶接部の溶融材料が少なくなり、効果的な溶接を形成できなくなります。 ただし、溶接圧力が高すぎると、溶融物の流れが速くなり、溶接力から溶融物が流出するため、溶接ヘッドの形成に必要な溶融物の凝固が減少し、溶接が減少します。力。 過度の力は過度の摩擦を引き起こし、溶接部間の相対的な摩擦運動を弱め、溶接機に過度の負荷をかけ、溶接を困難にします。 溶接圧力は、ナイロン66の超音波溶接中の溶接強度に大きな影響を与えます。溶接圧力をわずかに低くすると、溶接によって熱の影響を受けるゾーンが厚くなり、分子鎖、結晶粒、および繊維が垂直に移動します。溶接界面に、そして溶接強度を向上させます。 これらの溶接継手は、0.66MPaの溶接圧力下にあります。 溶接強度はナイロン66の70％に達する可能性があります。より良い溶接度を得るには、溶接圧力を溶接時間と一致させる必要があります。 松岡[27]は、ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックの場合、溶接振幅を一定に保つと、溶接圧力を上げると溶接時間を短縮できることを発見しました。
5.ラップの長さと固定位置
超音波溶接時のラップ長とクランプ位置も溶接強度に影響します。 シングルラップ試験でラップ長さが長くなると、溶接強度が低下します。 重ね長さが長くなると、溶接部に応力集中が発生し、強度が低下します。 したがって、最高の溶接強度を得るには、より短いラップ長さを設計し、接合部のタイプに応じて適切な長さを選択する必要があります。 一般的に、ラップの長さは固定されていることがよくあります。 強度要件を満たすために、重ね継手は短く、溶接面積は小さく、強度は十分ではありません。 重ね継ぎが長くなり、材料の無駄になります。 ラップの長さを設計します。 最高の溶接強度が得られるように、溶接パラメータを変更してください。 Qiu etal。 溶接部が固定されているアンビルでは、クランプポイントと溶接部の間の距離が溶接強度に影響することがわかりました。 距離を短くすると、摩擦によって発生する熱が増加し、溶接の強度が向上します。 実際の生産では、溶接部品はさまざまな形状をしており、固定クランプ位置は適切ではありません。 一般に、溶接部品は溶接プロセスで安定している必要があります。
6.超音波溶接深さ
溶接プロセス中、溶接位置の材料が溶けると、溶接ヘッドの位置は下がり続け、溶けた材料は溶接の終わりに拡散して固化します。 最終的に固化した材料の厚さは、侵入深さと呼ばれます。 通常の状況では、溶接プロセスを制御できます。 溶接ヘッドの下向きの変位は、侵入深さを制御します。 溶接の強度は、溶接部品の微細構造と大きな関係があり、溶接プロセス中の溶融層の厚さと溶接部品の温度に密接に関係しています。 溶接圧力または溶接時間を増やすと、溶接プロセス中の材料の溶融と流動が増加し、それによって溶け込み深さが増加します[29]。 適切な溶け込みは溶接強度を高めることができますが、溶け込みが大きすぎると、多くの場合、より多くの溶接時間が必要になり、材料の過剰溶接が発生して強度が低下します。 溶接圧力と溶接時間をどのように変更しても、溶接がより高い強度に達するように、適切な溶け込み深さを証明する必要があります。
7.超音波導電性バーの影響
エネルギーガイドリブは溶接部品に設計されており、溶接エネルギーを集中させ、溶接時間を短縮し、溶接部品の応力集中を低減し、溶接強度を向上させることができます。 一般的なエネルギーガイドリブは、三角形、長方形、半円の形をしています。 超音波溶接では、突合せ継手や重ね継手が溶接によく使用され、エネルギーガイドバーの設計も異なります。 エネルギーガイドテンドンは、溶接中に圧力を集中させる傾向があり、より多くの振動応力を受けるため、溶接プロセス中に、エネルギーがエネルギーガイドバーに集中して集中します。 圧力の作用下で、エネルギーガイドバーは最初に加熱されて溶け、両側に移動します。 流れの拡大[3o]。 Liu etal。 半円形のエネルギーガイドリブを備えた溶接部品は、適切な溶接パラメータで溶接するときに最高の溶接強度を持つことができると予測しました[31]。 Devine [32]は、頂角が90°の三角形のエネルギー伝導リブがほとんどのアモルファスプラスチックに適しているのに対し、頂角が60°の三角形のエネルギー伝導リブは半結晶性プラスチックおよび半結晶プラスチックに適していることを示唆しています。結晶性プラスチック、導電性リブによって溶ける可能性のある材料は、流動するときに固化する可能性があり、材料の溶接が不完全になる可能性があるため、重ね溶接にはエネルギーガイドは必要ありません。 さらに、エネルギーガイドリブを追加すると、溶接が困難になり、コストが増加します。
超音波溶接プロセスのパラメータ設定方法は、上記の理論に厳密に従う必要があり、自由に調整することはできません。 原理を理解し、超音波溶接装置を使用することによってのみ、快適になります。
