Способ управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов

 

Использование: изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при ультразвуковой сварке термопластичных материалов для уменьшения погрешности измерения энергии, идущей на образование сварного соединения, и повышения его качества. Сущность изобретения: в способе управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов перед измерением энергии, потребляемой акустическим узлом, определяют начало перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние. Измерение указанной энергии начинают в момент перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s В 29 С 65/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4845691/05 (22) 02.07,90 (46) 07.09,92, Бюл, ¹ 33 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им, В,П.Вологдина (72) И.Н.Игловиков и Н.А,Тупысева (56) Авторское свидетельство СССР

N 1315341, кл. В 29 С 65/08, 1985.

Ochsw. Kraftfahrzengindustrie, Kunstoffe

in Kommensicher geschwei Pt mit UltraschalI

Praktiker, 1985, № 5, с.221, 222, 225, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при ультразвуковой сварке термопластичных материалов, Известен способ управления процессом ультразвуковой сварки, включающий регистрацию управляющего параметра и подачу сигнала на выключение ультразвука при переходе второй производной управляющего параметра через экстремальную точку в положительную область в момент достижения вязкотекучего состояния материалаа, п рич ем в качестве уп ра ел я ю щего. параметра используют величину фазового сдвига между током и напряжением на преобразователе при пропускании ультразвука через зону сварки .

Недостаток известного способа заключается в том, что он эффективно применяется лишь в том случае, когда весь полимер под сварочным наконечником переходит в

„„5U„„1759650 А1 (57) Использование: изобретение относится к области сварки пластмасс и может найти применение при ультразвуковой сварке термопластичных материалов для уменьшения погрешности измерения энергии, идущей на образование сварного соединения, и повышения его качества, Сущность изобретения; в способе управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов перед измерением энергии, потребляемой акустическим узлом, определяют начало перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние, Измерение указанной энергии начинают в момент перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние. 1 ил. вязкотекучее состояние, в то время как в большинстве случаев в зоне сварки необходимо, чтобы не весь полимер переходил в вязкотекучее состояние, а лишь его часть, обеспечивая требования к прочности и внешнему виду сваренного изделия.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов, включающий измерение энергии, потребляемой акустическим узлом при нагреве материала, сравнение ее с заданной величиной энергии и отключение ультразвука при достижении величины потребляемой энергии заданного значения .

Недостаток данного способа заключается в том, что не учитываются как нестабильность физико-химических свойств свариваемых полимеров, так и неточность установки сварочного давления. В зависи1759650 мости от модуля упругости полимера, а также от величины сварочного давления при сварке в большей или меньшей степени проявляется эффект виброудара торца сварочного наконечника в месте ввода ультразвуковых колебаний в свариваемую деталь, При этом, чем больше разброс модуля упругости и нестабильность сварочного давления, тем больше будет отличаться количество энергии, потребляемой преобразователем в процессе сварки от оптимальной, т.е, часть энергии, идущая на процессы виброудара между торцом акустического устройства и свариваемого образца, будет учитываться как энергия, идущая на процесс теплообразования в зоне сварки. Учитывая, что модуль упругости полимера зависит от множества факторов и колеблется в широких пределах, эта погрешность может быть значительной, Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет уменьшения погрешности измерения энергии, идущей на его образование.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов перед измерением энергии, потребляемсй акустическим узлом, определяют начало перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние, причем измерение указанной энергии начинают в момент перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние.

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство, позволяющее реализовать способ, содержит ультразвуковой генератор 1, блок 2 определения перехода полимера в вязкотекучее состояние, высокочастотный ваттметр 3, акустический узел 4, ключевой элемент 5, интегратор 6, блок сравнения 7, блок управления 8, Способ управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов заключается в следующем.

С блока управления 8 поступает сигнал на ультразвуковой генератор 1, и напряжение переменного тока ультразвуковой частоты поступает на акустический узел 4, при этом блок 2 определения перехода полимера в вязкотекучее состояние определяет начало перехода полимера в зоне сварки в вязкотекучее состояние. Определить момент начала перехода полимера в вязкотекучее состояние можно с помощью известных способов управления, Наиболее эффективным способом определения момента начала перехода полимера в вязкотеСварка проходила на следующих технологических режимах; Рэ =1620 Вт (мощкучее состояние является способ ность, потребляемая акустической

55 определения по фазовому сдвигу между током и напряжением преобразователя. Это обусловлено тем, что на характер фазового сдвига не оказывают влияния уровни мощности, исходные физико-химические свойства полимеров, Блок 2 определения перехода полимера в вязкотекучее состояние дает команду на ключевой элемент 5, который подключает вход ваттметра 3 с интегратором 6, осуществляющим интегрирование измеряемой мощности по времени, т.е, определяющим количество энергии, идущей в зону сварки.

По достижению величины энергии, обеспечивающей оптимальное качество сварного соединения, она запоминается в блоке сравнения 7. Далее процесс сварки проходит аналогично до тех пор, пока измеряемая энергия, которая сравнивается с заданной величиной энергии, не достигает этой величины, зафиксированной в блоке сравнения, при этом сигнал с блока сравнения поступает на блок управления, который осуществляет выключение генератора. Учитывая тот фактор, это энергия определяется и сравнивается не весь период процесса сварки, а лишь на заключительной стадии, снижаются погрешности измерения энергии. При переходе полимера в вязкотекучее состояние в зависимости о. объема полимера, переходящего в это остояние, формируется сварной шов. Чем больше полимера перейдет в вязкотекучее состояние, тем прочнее будет шов, но большая вероятность выплесков материала, и наоборот. При этом снижается погрешность в измерении энергии, необходимой для образования сварного соединения, так как все переходные процессы, явление виброудара не оказывают влияния на измерение мощности в этот момент.

Для апробации способа был изготовлен макет на базе машины МТУП-1,6. В качестве блока определения перехода полимера в вязкотекучее состояние использовали устройство, включающее в себя фазометр, амплитудный детектор, триггер (не показаны).

Определяли момент перехода полимера в вязкотекучее состояние по характеру изменения фазового сдвига между током и напряжением преобразователя, В качестве ваттметра использовали ваттметр, построенный на базе аналогового умножителя, В качестве объекта сварки использовали образцы клапана топливного бака из блок-сополимера этилена с полиэтиленом (ТУ -6-05-1756-78).

1759650 системой), Fee=32 кгс+10 (сварочное давление), tc> — время сварки, определялось автоматически.

Формула изобретения

Способ управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов, включающий измерение энергии, 5 потребляемой акустическим узлом при нагреве материала, сравнение ее с заданной величиной энергии и отключение ультразвука при достижении величины потребляемой энергии заданного значения, о т л и10 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет уменьшения погрешности измерения энергии, идущей на его образование, перед измерением энергии, потребляемой

15 акустическим узлом, определяют начало перехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние, причем измерение указанной энергии начинают в момент перехода термопластичного материала в

20 вязкотекучее состояние.

При изменении Fcs в пределах 29,8 — 35,2 кгс при сварке с интегрированием на протяжении всего периода воздействия ультразвука изменялись внешний вид сварного шва и его прочность (прочность определяли путем определения герметичности сварного шва). Сварной шов при минимальном сварочном давлении выдерживал избыточное давление 2 атм, при максимальном — 4 атм.

При использовании предлагаемого способа внешний вид сварного шва остался практически неизменным, а избыточное давление все образцы выдерживали в пределах 3 — 4 атм.

Составитель Н.Елисеева

Редактор Е.Харина Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В.Петраш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3144 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5