VÝHODY SVAŘOVÁNÍ PLASTŮ ULTRAZVUKEM: PŘESNĚJŠÍ, EFEKTIVNĚJŠÍ, ŠETRNĚJŠÍ K ŽIVOTNÍMU PROSTŘEDÍ...

Na rozdíl od mnoha různých způsobů vzájemného spojování termoplastů existuje při použití ultrazvukové technologie řada výhod: rychlejší, bezpečnější, čistší, efektivnější, šetrnější k životnímu prostředí, přesnější, transparentnější a mnohem více.

Rychle se ukáže, že technologie ultrazvukového spojování je výhrou pro každé odvětví – dokonce i v tak náročných odvětvích, jako je lékařská technika, potravinářství a balení, automobilový průmysl nebo hygienické výrobky.

SVAŘOVÁNÍ PLASTŮ JEDNODUŠE VYSVĚTLENO

Spoje svařené ultrazvukem představují optimální a efektivní řešení spojování termoplastů.

Vlastnosti jako energetická účinnost, těsnost a vysoká reprodukovatelnost jsou zde zásadní, zejména pro výše uvedená průmyslová odvětví. Předpokladem jsou vždy optimálně navržené spojované díly (zákazníkem).

Za působení síly je na plastové díly aplikováno podélné kmitání o frekvencích 20-40 kHz a amplitudách svařování 10-60 μm. Plast se roztaví a obě spojované části se spojí. Ve svarovém švu se vytvoří materiálová vazba.

Díky optimálnímu návrhu dílů lze dosáhnout velmi dobrých výsledků. Klíčem k úspěchu je přesné zacílení působení energie, kterého se dosahuje prostřednictvím inteligentního designu dílů. Spojené díly pak mohou být okamžitě dále zpracovávány v dalších krocích procesu.

Více podrobností o použití v oblasti lékařské techniky si přečtěte zde.

TYPY PROCESŮ

Proces podélného ultrazvukového svařování

Proces je založen na pulzní, velmi rychlé změně délky sonotrody v rozsahu 15 až 60 µm. Ultrazvuková energie je takto přiváděna do dílu pod úhlem 90° k dotykové ploše sonotrody. Energie se pak soustřeďuje do optimálně navržené roviny svaru a vyvolává tavení termoplastického materiálu. Po ochlazení taveniny vznikne pevné spojení.
Jedná se o nejčastěji používaný proces v oblasti ultrazvukového svařování termoplastů.

Proces torzního ultrazvukového svařování

Rovněž u tohoto procesu se sonotroda dotýká součásti pod úhlem 90°. Proces je založen na pulzním, velmi rychlém rotačním pohybu v rozsahu 15 až 60 µm. V důsledku toho se spojované díly vůči sobě navzájem pohybují. Materiál se roztaví ve vhodně navržené rovině svaru. Po ochlazení taveniny vznikne pevné spojení.
Výhodou této technologie je nižší zatížení dílů díky působení rotační energie. Proces je proto vhodný pro spojování citlivých dílů, fólií a membrán.

VÝHODY SVAŘOVÁNÍ PLASTŮ

+ Velmi krátké doby zpracování
+ Nízké tepelné zatížení součástí a prostředí díky svařovacím nástrojům s teplotou blízkou okolní teplotě.
+ Nízká spotřeba energie při svařování a tím vysoká účinnost
+ Nejsou nutná žádná rozpouštědla ani přísady (tříděná recyklace)
+ Díky nejrůznějším možnostem parametrizace lze docílit konstantních, reprodukovatelných výsledků svařování
+ Navzájem lze svařovat rozdílné termoplastické materiály
+ Svařovací nástroje se nezahřívají, což zkracuje dobu vystrojování, odpadají doby zahřívání a ochlazování, a nástroje lze rychle vyměňovat
+ Žádné riziko zranění horkými částmi stroje
+ Velmi dobrá integrovatelnost do automatizačních systémů
+ Možnost inteligentního síťování a řízení – Průmysl 4.0

Designu svarového švu

Možnosti spojování při svařování plastu

Svarový šev bez optimalizace

Velká kontaktní plocha
Nedefinované plošné svařování
Vysoké požadavky na výkon
Vysoký energetický příkon

Optimalizovaný design švů

Malá, definovaná kontaktní plocha
Dobré promíchání taveniny v oblasti švu
Krátká doba svařování
Nízká tepelná zátěž
Malé požadavky na výkon a spotřebu

Kritéria designu svarového švu

Konstrukční design svarového švu musí splňovat požadavky na svarový spoj. Stávající díly, které nejsou navrženy s ohledem na svařování pomocí ultrazvuku, jsou k tomu většinou nevhodné.

Základní požadavky na komponenty často určují výběr spojení a tím i design součásti:

Materiál
Vzhled (vytlačení taveniny na vnější straně, otlačení)
Rovnoběžnost
Zamezení vzniku plastových částic a taveniny uvnitř součásti
Těsnost (plyn, olej, tekutiny)
Zatížitelnost švu tahem, smykem, tlakem
Vnitřní součásti

Umístění spojovací zóny
Slícování horního a spodního dílu
Spojovací plocha sonotrody
Volná dráha zanoření (dráha svařování)
Podepření/podklad v upnutí obrobku

Přehled variant spojování: Svařování

Stumpfnaht (Einfacher Energierichtungsgeber)
Stufennaht
Nut-/Federnaht
Quetschnaht

Zapfenschweißen (Quetschnahtvariante)
Dünnwandnaht (V-Naht)
Nahtgestaltungen mit eingelegter Dichtung

Tupý šev

Stupňovitý šev

Šev pero/drážka

Svíraný šev

Šev V

s vloženým těsněním

Tupý šev (jednoduchý usměrňovač energie)

Používá se hlavně u amorfních plastů
Neklade žádné velké nároky na vstřikovaný díl

Stupňovitý šev

Samostředící
Vysoká pevnost
Dobrý vnější vzhled
Možnost vizuálního vylepšení použitím stínových mezer

Šev pero/drážka

Velmi vysoká pevnost
Samostředící
Velmi dobrý vzhled, není vidět žádná vytlačená tavenina
Tavenina se drží ve spojovací zóně (kapilární efekt)
Vhodné pro semikrystalické materiály jako PA a POM

Svíraný šev

Samostředící
Velmi vysoká pevnost
Preferováno při těsnicím svařování
Osvědčeno také pro tenkostěnné díly
Vhodné pro smykové a torzní namáhání
Zvláště vhodné pro semikrystalické termoplasty, zejména pro PA a POM
Velmi dobrý vzhled, tavenina se drží ve spojovací zóně
Vertikální průběh svařovací, součásti se zasouvají do sebe

Čepové svařování (varianta svíraného švu)

Samostředící
Vysoká pevnost
Bez výtlaků ze švu
Krátké doby svařování při nízké energii svařování
Vhodné pro tenkostěnné díly, které neumožňují design švu
Vhodné také pro současné upevnění desek plošných spojů

Design švů s vloženým těsněním

Hermeticky utěsněné spojení pomocí těsnicího prvku
Eliminace spojovacích prvků
Odolné spojení pomocí ultrazvukového svarového švu

Tenkostěnný šev (šev V)

Samostředící, definovaný podklad
Těsné svaření
Vysoké hodnoty pevnosti
Materiál se drží ve spojovací zóně
Dobrý vzhled

Varianty spojování

Bodové svařování

Není nutný žádný design švu
Hrot sonotrody proniká přes horní desku nebo tvarovaný díl do 1/3 max. 1/2 tloušťky spodního materiálu
Prstencový prolis v plastifikovaném materiálu kolem hrotu sonotrody