Vpliv dodatkov na ultrazvočno varjenje

Lastnosti plastike vplivajo na učinek ultrazvočnega varjenja. Zgorljivost plastike je odvisna od slabljenja plastike na ultrazvočne vibracije, temperature taljenja in fizikalnih lastnosti, kot so modul elastičnosti, odpornost na udarce, koeficient trenja in toplotna prevodnost. Na splošno velja, da je trdnejši izdelek težji, lažje ga je variti. Trda plastika zlahka prenaša ultrazvočno energijo, mehka plastika pa pogosto oslabi energijo, še preden doseže območje sklepa. Trdota plastičnih izdelkov se spreminja tudi glede na temperaturo in vlažnost okolice. Pigmenti, sredstva za rušenje, polnila za steklo in ojačitvena vlakna imajo večji vpliv nanj.

1. Vpliv polnil in ojačitev na ultrazvočno varjenje

Polnila v termoplastiki (steklo, talk, minerali) lahko izboljšajo ali zavirajo ultrazvočno varjenje. Kalcijev karbonat, kaolin, smukec, aluminijev hidroksid, organsko polnilo, kremen, steklena krogla (vollastonit) in sljuda lahko povečajo togost smole in izboljšajo delovanje ultrazvočnega prenosa energije celotnega materiala (zlasti polkristalne plastike), če je vsebnost doseže 20%. Če je vsebnost do 35%, na termičnih spojih morda ni dovolj termoplastične smole, ki zahteva zanesljivo tesnjenje s plinom. Ko polnilo doseže 40%, se vlakna zberejo na površini spoja, termoplastični materiali pa ne zadostujejo za trdno povezavo. Med oblikovanjem se lahko združijo dolga vlakna, kar ima za posledico energijska prevodna rebra, ki vsebujejo steklo z višjim odstotkom kot material matriksa. To težavo je mogoče rešiti z uporabo polnil iz kratkih steklenih vlaken. Ko vsebnost polnila presega 10%, abrazivni delci v številnih polnilih povzročijo obrabo zvarnih spojev. Priporočamo, da so spoji iz titana, varjeni z jeklenim ali cementnim karbidom. Morda bo potrebna tudi ultrazvočna oprema večje moči, da ustvari dovolj toplote na spoju.

2. Vpliv dodatkov na ultrazvočno varjenje

Čeprav dodatki lahko izboljšajo celovite lastnosti ali oblikovanje navadnih kovin, običajno povečajo težave pri pridobivanju visokokakovostnih varjenih spojev. Tipični dodatki vključujejo mehčalce, modifikatorje udarcev, zaviralce gorenja, barvila, maziva, penaste snovi in ​​reciklirane materiale. Plastifikatorji, visokotemperaturne organske tekočine ali nizkotemperaturne taline povečajo prožnost in mehkobo plastike ter zmanjšajo njihovo togost. Zmanjšujejo medmolekulsko privlačnost v polimerih in vplivajo na prenos vibracijske energije. Zelo plastificirani materiali, kot je etilenska smola, so zelo slabi ultrazvočni mediji za prenos energije. Plastifikatorji običajno veljajo za notranje dodatke, a sčasoma selijo na površino, zaradi česar je ultrazvočno varjenje skoraj nemogoče. Kovinski mehčalci so bolj škodljivi od tistih, ki jih je odobrila Uprava za hrano in zdravila (FDA). Modulatorji impulzov, kot je guma, zmanjšujejo sposobnost materialov za prenašanje ultrazvočnih vibracij, zaradi česar so potrebne večje amplitude za nastanek taljenja. Modifikator vpliva zmanjša število termoplastičnih materialov na vmesniku in tako vpliva na varljivost materiala. V smolo se dodajo zaviralci gorenja, anorganski oksidi ali halogenirani organski elementi, kot so aluminij, antimon, bor, klor, brom, žveplo, dušik ali fosfor, da preprečijo zgorevanje ali spremenijo sposobnost zgorevanja materiala. V večini primerov niso varljivi. Zaviralci gorenja lahko predstavljajo 50% ali več celotne teže materiala, kar zmanjša količino topnega materiala v delih. Pri varjenju teh materialov je treba uporabiti opremo z visoko močjo, ki je višja od običajne amplitude, in spremeniti zasnovo sklepa, da se poveča število varljivih materialov na spoju. Vpliv pigmentov na ultrazvočno varjenje je lahko velik. Večina pigmentov je anorganskih spojin, običajno uporabljena koncentracija je 0,5% do 2%. Večina barvil ne zavira prenosa ultrazvočne energije. Vendar pa bodo zmanjšali količino učinkovitega topljivega materiala na spoju. Titanov dioksid v belih pigmentih je anorganska snov s kemijsko inertnostjo. Deluje kot mazivo in zmanjšuje topljivost, če se uporablja v vrednosti več kot 5%. Saja ovira tudi prenos ultrazvočne energije. Parametre postopka bo morda treba spremeniti, kadar so barvila v plastiki. Če standardni varilni barvni deli izdelujejo nebarvani deli v varilni opremi, je lahko kakovost varjenja obarvanih delov bistveno nižja (trdnost zvara je nizka, krhkost je visoka). Do zdaj mehanizem vpliva pigmentov na ultrazvočno varjenje še ni potrjen. Zdi se, da prisotnost pigmentov vpliva na način ogrevanja na spoju. Običajno je čas varjenja barvnih delov daljši od predvidenega časa nebarvnih delov, kar lahko reši težavo nizke kakovosti zvara. Čas varjenja je morda treba povečati za 50% ali več. Daljši čas varjenja pa lahko ima škodljive učinke, kot so pretirana varilna bliskava in poškodbe varilnega spoja. Da bi ugotovili izvedljivost ultrazvočnega varjenja barvnih materialov, ki jih je treba oblikovati, se priporoča, da se oblikovani vzorci zvarijo s poskusnim varjenjem. V mnogih komercialnih aplikacijah trdnost in žilavost zvara niso ključne zahteve. Uporaba pigmentov, ki ne vplivajo bistveno na ultrazvočno varjenje, je lahko alternativna rešitev. Notranja maziva (vosek, cink stearat, stearinska kislina, ester maščobne kisline) zmanjšajo koeficient trenja med molekulami polimerov, kar povzroči zmanjšanje kurilne vrednosti. Vendar je zaradi njihove majhne koncentracije in disperzije v plastiki namesto koncentrirane na stičišču učinek običajno minimalen. Sredstvo za penjenje zmanjšuje sposobnost smole za prenos energije. Odvisno od gostote praznine v mikroporozni strukturi v različni meri prekinejo pretok energije in zmanjšajo energijo, ki doseže območje sklepa. Varilne materiale, ki vsebujejo visoko ali različne reciklirane materiale, je treba skrbno oceniti. Da bi dosegli najboljše varjenje, je treba nadzorovati kakovost in količino recikliranih materialov v delih, ki jih je treba variti. V nekaterih primerih bodo morda potrebne 100% čiste surovine.

3. Vpliv sredstva za sproščanje na ultrazvočno varjenje

Zunanje sredstvo za sproščanje (cinkov stearat, aluminijev stearat, karbofluoriranje)