Способ управления процессом ультразвуковой сварки термопластичных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11) А 29 С 65/08 ТЕН свар- ение стичцес щи вука вляоч мент епавого пре- вука ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им, В,П,Вологдина(56) Авторское свидетельство СССР М 1315341, кл, В 29 С 65/08, 1985.Ос)за. Кгаттта)ггепдпбоз 1 ге, Копзтойе и КогпгпепзсЛег дезсЫе % гпт Отгазс)а РгаИ 1 йег, 1985, М 5, с.221, 222, 225, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЪХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к областики пластмасс и может найти применпри ультразвуковой сварке термопланых материалов,Известен способ управления прсом ультразвуковой сварки, включаюрегистрацию управляющего параметподачу сигнала на выключение ультрапри переходе второй производной упрющего параметра через экстремальнуюку в положительную область в модостижения вязкотекучего состоянияриала, причем в качестве управляющераметра используют величину фаэосдвига между током и напряжением наобразователе при пропускании ультрачерез зону сварки .Недостаток извесчается в том, что он эся лишь в том случаепод сварочным након тного способа заклюффективно применяет- , когда весь полимер ечником переходит в(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; Реп=1620 Вт (мощкучее состояние является способ ность, потребляемая акустической 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 и 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,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 Составитель Н.Елисееваактор Е.Харина Техред М,Моргентал ектор В.Петраш Заказ 3144 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 системой), Рсв=32 кгс+10% (сварочное давление), .тсв - время сварки, определялосьавтоматически. При изменении Р 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 гпрочность 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. 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 и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышениякачества сварного соединения за счет уменьшения погрешности измерения энергии, идущей на его образование, перед измерением энергии, потребляемой 15 акустическим узлом, определяют началоперехода термопластичного материала в вязкотекучее состояние, причем измерение указанной энергии начинают в момент перехода термопластичного материала в 20 вязкотекучее состояние.