Ультразвуковая сварка пластмасс: Инновация+Автоматизация

Ультразвуковая сварка полимеров

В этой статье мы предлагаем Вашему вниманию обзор новой ультразвуковой сварочной установки, предназначенной для сварки пластмасс. Основной особенностью этой модели является возможность изменения параметров(усилия и амплитуды) во время сварочного импульса, благодаря чему, открывается широкий выбор сварочных режимов соответствующих используемым материалам. Прессовая сварка со статичной позицией инструмента отличается тем, что форма сварочного шва определяет форму инструмента. Исходя из этой особенности, для обеспечения высокого качества и эстетичного вида сварочного шва, уже на стадии проектировки установки были учтены технологические особенности процесса сварки.

Новая разработка на рынке автоматизированного станкостроения из восточной Европы - ультразвуковая сварочная установка серии 12, иллюстрация которой представлена справа. Так же, как и в предыдущей модели, основным источником энергии новой установки является ультразвуковой генератор, однако отличается от нее новыми функциональными возможностями и конструкторскими решениями.
Главной особенностью новой модели является возможность изменения параметров сварки в течение сварочного импульса. Эта необходимость может возникнуть при выборе технологических режимов в зависимости от соединяемых материалов и конструкции изделия. Известно, что энергия поступающая в зону сварки зависит от трёх параметров:

  • усилия(давления пресса) P
  • амплитуды A
  • времени сварочного импульса T


(В рамках этой статьи, принимаем, что амплитуда A не зависит от сварочного усилия P.)

Рис. 1. График изменения сварочного усилия Р и сварочной амплитуды А за период сварочного импульса Тс. Практические значения Тс = 0,2 – 3 с

На сварочной установке 12-й серии стало возможным изменение усилия во время сварочного импульса с высокого на низкое и наоборот, а амплитуду только в сторону её уменьшения. Моменты переключения давления и сварочной амплитуды могут как совпадать по времени, так и отличаться(Рис. 1). Таким образом, данная сварочная технология дополняется широким спектром сварочных режимов. Так, например, при сварке таких полимеров, как ПММА(плексиглаз), для получения высокой прочности шва, необходимо увеличить статическое усилие после выключения ультразвука(описание режима: Т1= Т2, Р1<Р2, А1≠0, А2=0). В случае сварки пористого материала (например фильтра) с жестким полимером (корпус фильтра) наиболее применим режим, в котором первая часть сварочного импульса проходит при низком усилии и высокой амплитуде, а другая часть, при повышенном усилии и пониженной амплитуде (описание режима: Т1=Т2, Р1<Р2, А1>А2). 

Наряду с расширенными технологическими возможностями, новая
модель сварочной установки имеет ряд конструктивных улучшений, облегчающих работу оператора:

  • локальное освещение рабочей зоны сварки,
  • упрощена процедура настройки и перенастройки режимов работы пресса,
  • оптимировано количество регуляторов и кнопок управления,
  • за счёт значительного уменьшения корпуса активатора пресса, достигнут улучшенный обзор зоны сварки,
  • по бокам основания установки предусмотрены ящики для хранения инструмента и технологических приспособлений.
Рис. 2. Инструмент - волновод (сонотрод) для прессовой сварки полимеров

Новая установка ультразвуковой сварки позволяет без дополнительной оснастки сваривать детали из пластмасс, имеющих периметр до 400 мм. Вид свариваемых деталей определяет тип и размеры соответствующего инструмента - сонотрода и сварочной опоры, предназначением которой является фиксация детали на рабочем столе. Установка позволяет, так-же, выполнять и другие технологические операции, такие как, закладка металлических деталей в пластмассовую основу, клепка и резка полимерных материалов.  
Основным отличием прессовой сварки от так называемой непрерывной или шовной сварки является то, что она происходит в статическом положении инструмента и свариваемой детали. Конфигурация сварного шва определяется формой сонотрода, который прижимается к верхней свариваемой детали с определенным усилием(см. рис. 2), за исключением случая, когда полимер имеет высокую пластичность при низком коэффициенте затухания(например, у таких тяжёлых полимеров, как полистирол или капрон).

Рис. 3. Комбинированный инструмент - волновод (сонотрод) для прессовой сварки полимеров

В тех случаях, когда сварочный шов имеет сложную форму или
значительную протяженность, целесообразным является использование комбинированных сонотродов (см. рис. 3) либо одновременно нескольких сварочных активаторов на одной платформе.

Часто к сварному соединению предъявляются достаточно жесткие
требования: механическая прочность, герметичность, эстетичный вид и др. Для удовлетворения этих требований необходим комплексный подход к разработке конструкции. Уже на стадии проектирования деталей конструкторы должны закладывать решения, присущие только технологии ультразвуковой сварки. Например, при соединении деталей из жестких полимеров, для концентрации напряжений в зоне сварки и обеспечения герметичности используются V-образные выступы на свариваемых поверхностях. Размеры и угол которых зависят от свойств материалов, конструктивных форм и требований к соединению.

Иногда, для повышения прочности сварных швов, используются промежуточные прокладки, что характерно для сварки разнородных материалов. Свойства материала прокладки (температура его плавления, интервал температур вязкотекучего состояния, вязкость расплава и др.) должны быть близки к среднему значению для свариваемых полимеров. Применение таких прокладок позволяет дифференцировать перепад температур плавления, снизить теплообмен между свариваемыми деталями, обеспечить условия лучшей температурной совместимости разнородных пластмасс. 

Благодаря приобретённому опыту, полученному в ходе успешных технологических и конструктивных разработок нацеленных на достижение максимально возможного результата в области ультразвуковой сварки, мы готовы к сотрудничеству по внедрению наших технологий и установок для сварки полимеров согласно требованиям Вашего производства!