Aplicação do princípio de corte e soldagem ultrassônica de fitas

Princípio do corte e soldagem ultrassônica

O corte e a soldagem ultrassônica são uma subárea das aplicações ultrassônicas na indústria, e têm sido cada vez mais utilizadas devido às suas características ecológicas, eficientes e esteticamente agradáveis.

Princípio de corte e soldagem ultrassônica

O corte e a soldagem ultrassônicos de fitas utilizam vibrações mecânicas de alta frequência (20-40 kHz), transferindo energia para a superfície de contato da fita através da cabeça de soldagem. 1. Conversão de Energia: O gerador ultrassônico converte energia elétrica em vibração mecânica de alta frequência, que é amplificada pelo transformador de amplitude e então transmitida para a cabeça de soldagem. 2. Geração de Calor por Atrito: A cabeça de soldagem pressiona a fita, causando atrito de alta frequência entre as fibras internas, gerando instantaneamente altas temperaturas localizadas de 500-1000 °C. 3. Soldagem e Corte Síncronos: A alta temperatura derrete as fibras da fita (como náilon e poliéster), enquanto a pressão da cabeça de soldagem compacta a porção derretida, formando uma camada de solda resistente. Se utilizada com uma cabeça de soldagem de corte específica, a alta temperatura pode cortar a fita simultaneamente, realizando o processo integrado de "corte + soldagem". 4. Resfriamento e Conformação: Após a interrupção da vibração, a pressão é mantida por 0,1 a 0,5 segundos, permitindo que a área soldada resfrie e solidifique rapidamente, concluindo o processo de corte e soldagem. (Os sistemas pneumáticos fornecem amortecimento, garantindo também o resfriamento e a conformação durante o processo de corte e soldagem.)

Composição do sistema de corte e soldagem ultrassônica

O sistema de soldagem ultrassônica de plástico mais comum consiste em três componentes principais: um gerador ultrassônico (caixa elétrica), um transdutor ultrassônico (vibrador) e um molde ultrassônico (cabeçote do molde, cabeçote de soldagem, bocal).

Gerador ultrassônico (caixa elétrica), transdutores ultrassônicos (vibradores), moldes ultrassônicos (cabeçotes de molde, cabeçotes de soldagem, bocais)

1. Gerador ultrassônico (caixa elétrica): Converte a energia da rede elétrica em uma saída estável de alta frequência e alta tensão.

2. Transdutor ultrassônico (oscilador): Um dispositivo acústico que converte energia, transformando energia elétrica em energia mecânica.

3. Amplificador: A amplitude da vibração mecânica do transdutor é alterada por meio de uma relação de ganho pré-definida.

4. Moldes (cabeçotes de soldagem, chifres): Personalizado para dimensões específicas de acordo com as necessidades de aplicações de soldagem e corte, e projetado com características acústicas para atender aos requisitos de ressonância do sistema ultrassônico. Abaixo, utilizarei algumas fórmulas para explicar o fenômeno de ajuste de parâmetros em aplicações.

Energia = Amplitude * Pressão * Tempo * Constante K = Potência * Tempo

As fórmulas acima mostram que, na soldagem e no corte, a amplitude da onda ultrassônica (que pode ser ajustada no gerador), a pressão (pressão do ar ou torque do cilindro elétrico, bem como a rigidez e a dureza da estrutura) e o tempo de emissão da onda estão positivamente correlacionados com o efeito da soldagem e do corte. Em outras palavras, se o produto não for cortado adequadamente, esses parâmetros podem ser ajustados para melhorar o resultado. Isso significa que quanto maiores forem esses parâmetros, melhor? Claro que não!

P = K∗A∗f∗δ, onde P representa a potência de soldagem, em W;

K é uma constante cuja magnitude está relacionada à condução sonora e à dissipação de energia do material. Isso significa que geralmente dizemos que diferentes materiais precisam de diferentes ajustes de parâmetros para atender aos requisitos.

UM representa a área do corte de solda, medida em metros quadrados (㎡). Esta é a superfície de contato do corte de solda, portanto, o comprimento e o ângulo da aresta de corte geralmente determinam essa área.

f é a frequência ultrassônica, o que significa que, teoricamente, frequências mais altas são mais fáceis de soldar. No entanto, acusticamente, quanto maior a frequência, mais difícil é atingir uma grande amplitude; a unidade é Hz.

d representa a amplitude, medida em metros (m). Teoricamente, uma amplitude maior resulta em melhor soldagem e corte. No entanto, a vida útil à fadiga de materiais metálicos está relacionada à frequência, propriedades do material, tensão, tempo, pressão e dureza, sendo, portanto, afetada por outros parâmetros.

Seis fatores que afetam os resultados do corte e da soldagem ultrassônica:

Pressão + Tempo + Estrutura Mecânica + Materiais do Produto + Depuração

1. Pressão de soldagem ultrassônica

A aplicação de pressão adequada na superfície de soldagem provoca a transição do material de solda do estado elástico para o plástico, promove a interdifusão molecular e desloca o ar residual da solda, aumentando assim o desempenho de vedação da superfície. A pressão geralmente não excede 0,5 MPa.

2. Tempo de soldagem/corte ultrassônico (tempo de emissão de onda)

O tempo de fusão adequado e o tempo de resfriamento suficiente são essenciais. Com uma potência térmica fixa, um tempo insuficiente resultará em soldagem incompleta, enquanto um tempo excessivo causará deformação da solda, transbordamento de escória e, às vezes, pontos quentes (descoloração) em áreas não soldadas. É crucial garantir que a superfície da solda absorva calor suficiente para atingir um estado totalmente fundido, garantindo difusão molecular e fusão adequadas. Simultaneamente, um tempo de resfriamento suficiente é necessário para que a solda atinja a resistência adequada.

3. Amplitude ultrassônica

4. Estrutura mecânica

A precisão e a estabilidade da fabricação da estrutura afetam diretamente o efeito da soldagem, especialmente para alguns produtos de precisão, onde a estrutura mecânica deve corresponder à precisão do produto.

5. Materiais do Produto

Fatores como o material das peças soldadas, sua estrutura, espessura e resistência à pressão também afetam diretamente o efeito da soldagem.

6. Depuração de equipamentos

Em conclusão, para que um produto alcance os melhores resultados de corte e soldagem ultrassônica, a depuração do equipamento também é uma garantia importante. A compatibilidade e o ajuste flexíveis de vários parâmetros, bem como a depuração no local por engenheiros, desempenham um papel fundamental.