Parameter proses pengelasan ultrasonik
Parameter proses utama pengelasan ultrasonik adalah: amplitudo, waktu pengelasan, waktu penahanan tekanan, tekanan pengelasan, frekuensi, dll. Spesifikasi pengelasan terbaik tergantung pada komponen yang akan dilas dan peralatan pengelasan yang digunakan. Penyesuaian parameter pengelasan tergantung pada ukuran dan kekakuan bagian, terutama jarak antara titik kontak kepala pengelasan dan sambungan las. Kemampuan pengelasan dibatasi oleh kemampuan plastik&# 39 untuk mengirimkan getaran ultrasonik (dan bagian-bagiannya tidak rusak).
1 frekuensi
Frekuensi yang biasa digunakan untuk ultrasound adalah 20, 30, dan 40 kHz, dan 15 kHz sering digunakan untuk plastik semi kristalin. 20 kHz adalah frekuensi ultrasonik yang paling umum digunakan, karena amplitudo dan daya yang diperlukan untuk melelehkan termoplastik pada frekuensi ini mudah dijangkau, tetapi dapat menghasilkan banyak getaran mekanis yang sulit dikendalikan, dan alat menjadi sangat besar. Frekuensi yang lebih tinggi (40 kHz) yang menghasilkan getaran lebih sedikit adalah layak, dan umumnya digunakan untuk plastik rekayasa pengelasan dan polimer yang diperkuat. Keuntungan dari peralatan pengelasan frekuensi tinggi meliputi: kebisingan yang rendah, ukuran bagian yang kecil, perlindungan bagian yang ditingkatkan (karena mengurangi tekanan siklik dan pemanasan yang tidak selektif pada area luar dari antarmuka sambungan), peningkatan kontrol energi mekanik, tekanan pengelasan yang lebih rendah, dan lebih cepat. kecepatan pemrosesan. Kerugiannya adalah sulit untuk melakukan pengelasan jarak jauh karena ukuran bagian yang kecil, kapasitas daya yang berkurang dan amplitudo yang berkurang. Mesin las ultrasonik frekuensi tinggi biasanya digunakan untuk mengelas bagian kecil dan presisi (seperti sakelar listrik) dan bagian yang membutuhkan lebih sedikit degradasi material. Tukang las 15 kHz dapat mengelas sebagian besar termoplastik dengan cepat, dalam banyak kasus, degradasi material lebih sedikit daripada tukang las 20 kHz. Bagian yang hampir tidak dapat dilas dengan 20 kHz (terutama yang terbuat dari karet dan peralatan teknologi dan plastik berperforma tinggi) dapat dilas secara efektif dengan 15 kHz. Pada frekuensi yang lebih rendah, kepala pengelasan memiliki panjang resonansi yang lebih panjang dan dapat dibuat lebih besar di semua dimensi. Keuntungan penting lainnya dari menggunakan 15 kHz adalah dibandingkan dengan menggunakan frekuensi yang lebih tinggi, hal ini sangat mengurangi redaman gelombang ultrasonik dalam plastik, memungkinkan pengelasan plastik yang lebih lembut dan jarak medan yang lebih jauh.
2 amplitudo
Pengelasan yang berhasil tergantung pada amplitudo yang tepat dari ujung kepala pengelasan. Untuk semua kombinasi tanduk / kepala pengelasan, amplitudo ditetapkan. Pilih amplitudo sesuai dengan material yang akan dilas untuk mendapatkan derajat leleh yang sesuai. Secara umum, plastik semi-kristal membutuhkan lebih banyak energi daripada plastik non-kristal, dan karenanya membutuhkan amplitudo ujung ujung yang lebih besar. Kontrol proses pada mesin las ultrasonik modern memungkinkan adanya gradasi. Amplitudo tinggi digunakan untuk memulai peleburan, dan amplitudo rendah digunakan untuk mengontrol viskositas bahan cair. Meningkatkan amplitudo akan meningkatkan kualitas pengelasan bagian desain sambungan geser. Untuk sambungan pantat, dengan meningkatnya amplitudo, kualitas pengelasan meningkat dan waktu pengelasan berkurang. Dalam pengelasan ultrasonik dengan batang pemandu energi, laju kehilangan panas rata-rata (Qavg) bergantung pada modulus rugi komposit (Eʺ), frekuensi (ω) dan regangan kerja (ε 0) dari material: Qavg=ωε 02 Eʺ / 2
Modulus rugi komposit termoplastik sangat erat kaitannya dengan suhu. Ketika titik leleh atau suhu transisi gelas tercapai, modulus kehilangan meningkat dan lebih banyak energi diubah menjadi panas. Setelah pemanasan dimulai, suhu pada antarmuka pengelasan meningkat tajam (hingga 1000 ℃ / s). Regangan akting sebanding dengan amplitudo kepala pengelasan, sehingga pemanasan antarmuka pengelasan dapat dikontrol dengan mengubah amplitudo. Amplitudo merupakan parameter penting yang mengontrol laju aliran ekstrusi termoplastik. Ketika amplitudo tinggi, kecepatan pemanasan antarmuka pengelasan lebih tinggi, suhu naik, dan bahan cair mengalir lebih cepat, yang mengarah pada peningkatan orientasi molekul, sejumlah besar kilatan dan kekuatan las yang lebih rendah. Amplitudo tinggi diperlukan untuk mulai melebur. Amplitudo yang terlalu rendah menghasilkan peleburan yang tidak merata dan pemadatan lelehan prematur. Ketika amplitudo ditingkatkan, sejumlah besar energi getaran dikonsumsi dalam termoplastik, dan bagian yang akan dilas mengalami tekanan yang lebih besar. Ketika amplitudo konstan selama siklus pengelasan, amplitudo tertinggi yang tidak akan menyebabkan kerusakan berlebihan pada bagian yang akan dilas biasanya digunakan. Untuk plastik kristal seperti polietilen dan polipropilena, dampak amplitudo jauh lebih besar daripada plastik non-kristal seperti ABS dan polistiren. Ini mungkin karena kebutuhan lebih banyak energi untuk peleburan dan pengelasan plastik kristal. Amplitudo dapat disetel secara mekanis (dengan mengubah klakson atau kepala pengelasan) atau secara elektrik (dengan mengubah tegangan yang disuplai ke transduser). Dalam praktiknya, penyesuaian amplitudo yang lebih besar menggunakan metode mekanis dan yang lebih halus menggunakan metode listrik. Bahan dengan titik leleh tinggi, pengelasan medan jauh, dan plastik semi-kristal umumnya membutuhkan amplitudo yang lebih besar daripada plastik non-kristal dan pengelasan medan dekat. Kisaran amplitudo total khas plastik amorf adalah 30-100 μm, sedangkan plastik kristal adalah 60-125 μm. Profil amplitudo dapat mencapai aliran leleh yang baik dan kekuatan las tinggi yang konsisten. Untuk amplitudo gabungan dan tingkat gaya, amplitudo dan gaya tinggi digunakan untuk mulai melebur, dan kemudian amplitudo dan gaya berkurang untuk mengurangi orientasi molekul di sepanjang garis las.
3 Waktu pengelasan
Waktu pengelasan adalah waktu saat getaran diterapkan. Waktu pengelasan yang sesuai untuk setiap aplikasi ditentukan oleh eksperimen. Peningkatan waktu pengelasan akan meningkatkan kekuatan pengelasan hingga tercapai waktu yang optimal. Peningkatan lebih lanjut dalam waktu pengelasan akan menghasilkan penurunan kekuatan las atau hanya sedikit peningkatan kekuatan, sementara pada saat yang sama akan meningkatkan flash las dan meningkatkan kemungkinan lekukan bagian. Hal ini penting untuk menghindari pengelasan yang berlebihan, karena akan menghasilkan flash berlebih yang perlu dipangkas, yang dapat mengurangi kualitas pengelasan dan menimbulkan kebocoran pada bagian yang perlu disegel. Kepala pengelasan bisa menggores permukaan. Untuk waktu pengelasan yang lebih lama, peleburan dan rekahan juga dapat terjadi pada bagian yang jauh dari area sambungan, terutama pada lubang, garis las dan sudut tajam pada bagian yang dicetak.
4 Waktu penahanan
Waktu tekanan menahan mengacu pada waktu nominal bagian-bagian yang akan digabungkan dan dipadatkan di bawah tekanan bebas getaran setelah pengelasan. Dalam kebanyakan kasus, ini bukan parameter kritis, 0,3 ~ 0,5 detik umumnya cukup, kecuali beban internal mudah untuk membongkar bagian yang dilas (seperti pegas koil yang dikompresi sebelum pengelasan).
5 tekanan
Tekanan pengelasan memberikan gaya statis yang diperlukan untuk kopling antara kepala pengelasan dan bagian sehingga getaran dapat ditransmisikan ke bagian tersebut. Ketika bahan cair di sambungan mengeras selama fase menahan tekanan dari siklus pengelasan, beban statis yang sama memastikan bahwa bagian-bagian tersebut terintegrasi. Penentuan tekanan optimal sangat penting untuk pengelasan yang baik. Jika tekanan terlalu rendah, ini akan menyebabkan aliran lelehan yang buruk atau tidak mencukupi dalam transfer energi, yang menyebabkan siklus pengelasan yang tidak perlu. Meningkatkan tekanan pengelasan akan mengurangi waktu pengelasan yang dibutuhkan untuk mencapai perpindahan yang sama. Jika tekanan terlalu tinggi akan menyebabkan orientasi molekul sepanjang arah aliran dan mengurangi kekuatan lasan, yang dapat menyebabkan lekukan bagian. Dalam kasus ekstrim, jika tekanan relatif terlalu tinggi terhadap amplitudo ujung kepala pengelasan, ini dapat membebani dan menghentikan kepala pengelasan. Dalam pengelasan ultrasonik, amplitudo tinggi membutuhkan tekanan rendah, dan amplitudo rendah membutuhkan tekanan tinggi. Saat amplitudo meningkat, kisaran tekanan yang dapat diterima menyempit. Oleh karena itu, hal terpenting untuk amplitudo tinggi adalah menemukan tekanan terbaik. Kebanyakan pengelasan ultrasonik dilakukan di bawah tekanan konstan atau gaya konstan. Untuk beberapa perangkat, gaya dapat diubah selama siklus, yaitu profil gaya dilakukan, dan gaya pengelasan berkurang selama penerapan energi ultrasonik ke bagian tersebut. Tekanan atau gaya pengelasan yang turun pada akhir siklus pengelasan mengurangi jumlah material yang diekstrusi dari sambungan, memperpanjang waktu difusi antar molekul, mengurangi orientasi molekul dan meningkatkan kekuatan pengelasan. Untuk material dengan viskositas leleh lebih rendah yang mirip dengan poliamida, ini dapat meningkatkan kekuatan las secara signifikan.
6 Mode pengelasan
Pengelasan berdasarkan waktu disebut proses loop terbuka. Bagian yang akan dilas dipasang di fixture sebelum kepala las jatuh dan bersentuhan. Kemudian gelombang ultrasonik bekerja pada komponen untuk periode waktu tertentu, biasanya 0,2 hingga 1 detik. Pengelasan yang berhasil tidak terjadi selama proses ini. Pengelasan yang berhasil adalah situasi yang ideal dengan asumsi bahwa waktu pengelasan yang tetap menyebabkan sejumlah energi tetap bekerja pada sambungan, menghasilkan jumlah peleburan yang terkendali. Faktanya, daya yang diserap dengan mempertahankan amplitudo dari satu siklus ke siklus berikutnya tidak sama. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor (seperti kesesuaian antara dua bagian). Karena energi berubah seiring dengan tenaga dan waktu, dan waktu tetap, energi yang diterapkan akan berubah dari satu bagian ke bagian berikutnya. Untuk produksi massal di mana konsistensi penting, hal ini jelas tidak diinginkan. Pengelasan energi adalah proses loop tertutup dengan kontrol umpan balik. Perangkat lunak mesin ultrasonik mengukur daya yang diserap dan menyesuaikan waktu pemrosesan untuk mengirimkan masukan energi yang diperlukan ke sambungan. Asumsi dari proses ini adalah bahwa jika energi yang dikonsumsi oleh setiap lasan sama, jumlah bahan cair pada sambungan akan sama setiap saat. Namun, situasi sebenarnya adalah ada kehilangan energi dalam kit pengelasan dan terutama di antarmuka antara kepala pengelasan dan bagiannya. Akibatnya, beberapa bagian mungkin menerima lebih banyak energi daripada yang lain, yang dapat menyebabkan kekuatan las tidak konsisten. Pengelasan berdasarkan jarak memungkinkan bagian-bagian disambungkan pada kedalaman pengelasan tertentu. Mode operasi ini tidak bergantung pada waktu, energi atau daya yang diserap, dan mengkompensasi penyimpangan dimensi apa pun pada bagian cetakan, sehingga paling baik memastikan bahwa jumlah plastik yang sama meleleh di sambungan setiap saat. Untuk mengontrol kualitas, batas dapat ditetapkan pada energi atau waktu yang digunakan untuk melakukan pengelasan
