1. Ühilduvuse aluspõhimõtted

Ultraheli plastikeevitus muudab kõrgsagedusliku mehaanilise vibratsiooni energia pindadevaheliseks hõõrdesoojuseks, mis sulab koheselt plastosade kontaktpinnad; molekulaarsed ahelad hajuvad ja takerduvad ning jahtudes moodustavad osad tervikliku sideme. Materjalide ühilduvuse põhikriteeriumid on plasti kristallilisus ja molekulaarne ühilduvus, mis määravad otseselt keevisõmbluse edukuse, tugevuse, välimuse ja protsessiakna laiuse.

Ultraheli abil saab keevitada ainult termoplasti. Termoreaktiivsed plastid ei sula kuumutamisel – need ainult lagunevad ja karboniseerivad – ning seetõttu ei saa neid üldse ultraheliga keevitada. Molekulaarstruktuuri alusel jagunevad termoplastid kahte kategooriasse – amorfsed (mittekristallilised) ja poolkristallilised –, mille keevitusomadused on väga erinevad.

1.1 Amorfsete plastide keevitusomadused

Nende molekulid on paigutatud laia pehmenemistemperatuuri vahemikuga segamatult. Vibratsioonienergia tungib hästi läbi ja nõrgeneb aeglaselt, kuumus kontsentreerub keevisliidesele, nii et kõrbemist, valgendamist või rabedat pragunemist esineb harva. Protsessi aken on lai ja keevitamise stabiilsus kõrge; need sobivad nii lähi- kui ka kaugvälja keevitamiseks ning on eelistatud materjalid tööstuslikuks ultrahelikeevituseks.

1.2 Poolkristalsete plastide keevitusomadused

Nende molekulid paiknevad korrapäraselt ja tihedalt, kitsa, teravalt määratletud sulamistemperatuuriga. Vibratsioonienergia kipub neelduma ja nõrgenema kristallvõre poolt, mis annab halva läbitungimise. Vajalik on suurem keevitusenergia ja suurem rõhk ning sobib ainult lähivälja keevitamine. Vale keevisõmblused (külmõmblused), välk ja praod on tavalised; protsessi juhtimine on keeruline, seetõttu on ühilduvus mõõdukas või piiratud.

1.3 Ühilduvusotsuse põhikriteeriumid

Ühilduvus erinevate plastide keevitamisel määratakse lahustuvusparameetriga: mida väiksem on kahe materjali lahustuvusparameetrite erinevus, seda tugevam on molekulaarne afiinsus, seda parem on sulandi difusioon ja seda suurem on keevisõmbluse tugevus. Kui erinevus on liiga suur, ei ole võimalik saavutada tõhusat sidumist – osi saab mehaaniliselt koos hoida ainult kinnitusklambriga.

2. Ultraheli keevitamiseks kasutatavate tavaplastide üksikasjalik ühilduvusanalüüs

2.1 Kõrge ühilduvus – amorfsed plastid (tööstuse esimene valik, suurepärane keevitatavus)

Sellised materjalid saavutavad keevisõmbluse saagikuse 98% või rohkem, kvalifitseeritud tugevuse ja suurepärase välimusega ning sobivad kodumasinate, elektroonika ja täppisplastosade masstootmiseks.

2.1.1 ABS (akrüülnitriil-butadieen-stüreen)

Tööstuse etalon keevitusmaterjal, millel on parim üldine ühilduvus. Vibratsiooniülekande efektiivsus on äärmiselt kõrge; sulamine on ühtlane ja stabiilne; valgenemist ega lõhenemist ei toimu; saavutatakse nii tihendus- kui ka konstruktsioonitugevus.

Ühilduvad protsessid: lähivälja, kaugvälja, punktkeevitus, torkamine, sisestamine

Eelised: lai protsessitaluvus – parameetrite peenhäälestus ei mõjuta toote kvaliteeti; sobib keeruka struktuuriga osadele

Kasutusalad: seadme korpused, digitaalsete tarvikute korpused, instrumentide korpused, mänguasjade komponendid

2.1.2 PC (polükarbonaat)

Kõrge kõvadus, hea sulamisvool; väga kõrge keevisõmbluse tugevus ja suurepärane tihendus. Valmis osad on löögikindlad ja taluvad kõrget/madalat temperatuuri.

Omadused: läbipaistvad osad minimaalse hägustumisega; sobib täppistihendatud konstruktsioonidele

Ettevaatust: halb pingetaluvus – ebaühtlane seinapaksus ja teravad nurgad võivad põhjustada keevitusjärgseid pragusid; struktuurne pinge peab olema optimeeritud

Kasutusalad: veekindlad korpused, optilised komponendid, ülitugevad konstruktsiooniosad, autode plastosad

2.1.3 PS / HIPS (polüstüreen / suure mõjuga polüstüreen)

Mõõdukas sulamisvahemik, kiire temperatuuri tõus, lühike keevitustsükkel; viimistletud välimus on sile ja veatu.

Eelised: madal energiatarve, kõrge efektiivsus; sobib õhukeseseinaliste kergete osade jaoks

Piirang: materjal on rabe; liigne keevitussurve võib põhjustada servade lõhenemist

Kasutusalad: pakenditarvikud, igapäevased plastosad, kerged elektroonilised klambrid

2.1.4 PMMA (akrüül)

Stabiilne keevitamine; sulab ja moodustub madalal temperatuuril; läbipaistvad osad säilitavad hästi läbilaskvuse.

Põhiparameetrid: keevitustemperatuur 120–180 kraadi ; nõuab madalat amplituudi ja järk-järgulist (ramped) survet, et vältida pinna kõrbemist ja valgenemist

Kasutusalad: läbipaistvad dekoratiivosad, optilised läätsed, ekraaniosad

2.1.5 SAN / AS

ABS-i lähedane jõudlus; ühtlane keevitamine, ei kaldu deformatsioonile; parem keemiline vastupidavus kui tavaline ABS; sobib välistingimustesse ja kergelt söövitavatesse kasutustingimustesse.

2.2 Keskmine ühilduvus – poolkristallilised plastid (tingimustes keevitatav, kontrollitav kvaliteet)

Need nõuavad spetsiaalset protsessi ja konstruktsioonikujundust. Kvalifitseeritud keevisõmblusi on võimalik saavutada täpselt kontrollitud parameetritega, kuid need ei sobi ülikõrge täpsusega ega suure tihedusega rakendusteks.

2.2.1 PP (polüpropüleen)

Kerge, happe-/leelisekindel; tööstuslik tööhobune poolkristalliline plast. Energia nõrgeneb kiiresti ja kaugvälja keevitamine ebaõnnestub; toetatakse ainult lähivälja keevitamist.

Põhinõue: peab olema projekteeritud spetsiaalne energiajuht (keevisliin) - sellest sõltub soojuskontsentratsioon, vastasel juhul on vale keevisõmblused ja vuugi purunemine väga tõenäoline

Piirang: keskmine keevisõmbluse tugevus, nõrk tõmbetakistus, kalduvus lahtiühendamisele madalatel temperatuuridel

Kasutusalad: filtrikorpused, toruliitmikud, igapäevased plastikust konstruktsiooniosad

2.2.2 PE (polüetüleen – HDPE/LDPE)

Pehme materjal suure summutusega; vibratsioonienergia kadu on tõsine, muutes keevitamise keerulisemaks kui PP.

Kohaldatavad stsenaariumid: ainult õhukese seinaga madala pingega osad punkt- ja survekeevitamiseks

Piirang: viimistletud osad on sitked, kuid keevisliides kipub lagunema ja tihenduse stabiilsus on halb

Keelatud: paksuseinalisi osi ja kõrgsurvetihendusosi ei tohi ultraheliga keevitada

2.2.3 PA6/PA66 (nailon)

Tugev niiskuse imendumine on suurim valupunkt; niiskust sisaldavas olekus keevitamine tekitab mullid, vale keevisõmblused ja tugevuse järsk langus.

Eeltöötlus: osad tuleb enne keevitamist kuivatada/kuivatada (niiskussisaldus 0,2% või vähem

Omadused: stabiilne keevitamine pärast kuivamist; viimistletud osad on kulumiskindlad ja vastupidavad kõrgele temperatuurile

Piirang: kõrged protsessikulud, tundlik ümbritseva õhu niiskuse suhtes, raske kvaliteedikontroll masstootmises

2.2.4 POM (polüoksümetüleen / atsetaal)

Äärmiselt kõrge kristallilisus, äärmiselt kitsas sulamistemperatuur ja väga halb energia läbilaskvus annavad sellele halva ultrahelikeevitatavuse. Ainult väga väikeseid õhukeseseinalisi osi saab raskustega keevitada; pindadevaheline rabe pragunemine ja liigeste purunemine on tavalised – kasutatakse tööstuses harva.

2.3 Madal ühilduvus / mittekeevitavad plastid (tööstuslikud keelud)

1. Termoreaktiivsed plastid (epoksüvaik, fenoolvaik, UF/MF):karboniseeruvad kuumutamisel ja ei sula kunagi - täiesti keevitamatu;

2. Kõrge täidisega modifitseeritud plastid (kaltsiumkarbonaat, klaaskiud, talki täiteaine > 30%):täiteaine blokeerib molekulaarse sulandi takerdumise, põhjustades valekeevisõmblusi, pulbristamist ja väga madalat tugevust;

3. PVC ja PET:PVC kipub keevitamise ajal lagunema, söövitades sarve ja pragunema tugevalt; PET sulab ülikiiresti ning on väga altid lekkimisele ja karboniseerumisele – pole masstootmise väärtust.

3. Erinevate plastpaaride ühilduvusreeglid

Ultraheli keevitamisel eelistatakse identsete materjalide keevitamist. Ainult mõned erinevad paarid on ühilduvad, järgides põhimõtet "sarnased kristalsed omadused + sobitatud lahustuvusparameetrid":

1. Täiesti ühilduv:amorfne + amorfne (ABS+PC, ABS+SAN, PC+PMMA) - keevisõmbluse tugevus lähedane põhimaterjali omale; elujõuline masstootmiseks;

2. Piiratud ühilduvus:poolkristalne + samasüsteemne poolkristalliline (PP+PE) - kasutatav ainult mittesuletud, madala pingega rakendustes, keskmise tugevusega;

3. Täiesti kokkusobimatu:amorfne + poolkristalliline (ABS+PP, PC+PA) - äärmiselt halb molekulaarne ühilduvus; tõhusat sulamist ei saa tekkida ja sundkeevitus põhjustab kindlasti liigeste rikke;

4. Keelatud kombinatsioonid:Ultraheli keevitamisel on keelatud kõik erinevad sidumised, mis hõlmavad POM-i või kõrge klaaskiuga materjale.

4. Peamised abitegurid, mis mõjutavad materjalide ühilduvust

4.1 Lisaefektid

1. Sigistajad ja plastifikaatorid/pehmendajad:parandada poolkristalliliste plastide keevisõmbluse tugevust, kuid liig põhjustab energia sumbumist ja valekeevisõmblusi;

2. Klaaskiud ja anorgaanilised täiteained:parandab veidi jäikust, kuid liigne täitmine kahjustab otseselt keevitatavust;

3. UV-stabilisaatorid ja leegiaeglustid:mõned leegiaeglustavad süsteemid takistavad sulamist, vähendades keevisõmbluse tugevust.

4.2 Osa struktuuri mõjud

1. Energiadirektori kujundus:poolkristallilised plastid (PP/PE) peavad olema konfigureeritud kolmnurkse energiajuhiga; amorfsed plastid võivad kasutada lihtsustatud struktuuri;

2. Keevisõmbluse kaugus:amorfsed plastid toetavad nii lähi- kui ka kaugvälja keevitamist; poolkristallilised plastid on piiratud lähivälja keevitusega 6 mm piires;

3. Seina paksuse ühtlus:suured seinapaksuse erinevused põhjustavad ebaühtlast kuumutamist, mis põhjustab lokaalseid valekeevisõmblusi ja pragusid.

4.3 Protsessi parameetrite efektid

1. Amorfsed plastid:lai parameetrite vahemik; piisab madalast amplituudist ja normaalrõhust;

2. Poolkristallilised plastid:kõrge amplituud, kõrge rõhk, lühike hoidmisaeg ja täpne temperatuuri reguleerimine, et vältida ülekuumenemist/karboniseerumist või ebapiisavat sulamist.

5. Tööstuse kokkuvõtte tabel: materjali valik ja protsesside ühilduvus

6. Praktilised valikusoovitused

1. Suuremahulised täppistooted:seadke esikohale amorfsed plastid, nagu ABS, PC ja SAN – parim saagikus, stabiilsus ja välimus;

2. Kerged korrosioonikindlad tooted:vali PP, kuid peab optimeerima energiajuhi disaini, kontrollima rangelt keevitusparameetreid ja vältima suletud kõrgsurverakendusi;

3. Hügroskoopsed nailonist osad:lisage eelkuivatusaste ja kontrollige töökoja niiskust; mitte kunagi keevitada niisketes tingimustes;

4. Erinevad liimimisvajadused:kasutada ainult amorfne-amorfne paare; vältige kindlalt kristalsete ja amorfsete materjalide segunemist;

5. Suure täidisega, POM- ja termoreaktiivsed osad:loobuge ultrahelikeevitusest ja kasutage alternatiivsete protsessidena liimimist, snap-fit-montaaži või kuumtöötlust.