تحقیق در مورد جوشکاری پلاستیک ها به روش التراسونیک

جوشکاری پلاستیک ها به روش التراسونیک
جوشکاری اولتراسونیک شامل استفاده از انرژی صوتی با فرکانس بالا برای نرم کردن و ذوب کردن ترموپلاستیک ها در منطقه جوش است . قسمت هایی که باید به یکدیگر جوش داده شوند زیر فشار روی هم نگه داشته شده و تحت ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس 20 تا 40 کیلو هرتز قرار می گیرند. موفقیت جوش به طراحی مناسب اجزا و مناسب بودن موادی که جوش داده می شوند بستگی دارد.
از آنجا که جوشکاری اولتراسونیک بسیار سریع است ( کمتر از 1 ثانیه ) و قابلیت اتوماسیون دارد به طور وسیع از آن در صنعت استفاده می شود . برای تضمین سلامت جوش طراحی مناسب اجزا بخصوص فیکسچرها لازم است . با طراحی مناسب از این روش می توان در تولید انبوه استفاده کرد.
یک ماشین جوشکاری اولتراسونیک شامل اجزای زیر است :
یک منبع تغذیه ، یک مبدل ، یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر ، یک وسیله تولید صدا یا شیپوره ( horn )
منبع تغذیه فرکانس برق شهر 50-60 هرتز را به 20-40 کیلو هرتز می رساند . این انرژی به مبدل می رود و در مبدل دیسک پیزو الکتریک انرژی الکتریکی را به ارتعاش در فرکانس اولتراسونیک تبدیل می کند. اغلب ماشین های اولتراسونیک در فرکانسی بالاتر از 20 کیلو هرتز کار می کنند و صدایی تولید می کنند که گوش انسان قادر به شنیدن آن نیست . امواج تولید شده در مبدل به بوستر رفته و دامنه آن تا حد دلخواه افزایش پیدا می کند و سپس در شیپوره ( که یک وسیله صوتی مکانیکی است) امواج صوتی مستقیماً به قطعه کار منتقل می شود. همچنین شیپوره نقش اعمال فشار بر روی قطعه را نیز بر عهده دارد.بعد از انتقال امواج صوت به قطعه کار در منطقه اتصال در اثر اصطکاک زیاد این انرژی تبدیل به گرما شده و باعث نرم شدن و ذوب پلاستیک و بهوجود آمدن جوش میشود.
مزایای این روش عبارتند از :
– راندمان بالا
– تولید بالا با قیمت پایین
– سهولت در اتوماسیون
– سرعت جوش بالا
– تمیز بودن آن
مهمترین محدودیت این روش محدودیت در انرژی اعمالی و کوچک بودن عرض شیپوره ( کمتر از 250 میلی متر ) است و در نتیجه طول جوشی که به وجود میآید کوچک است .

موارد استفاده از جوش التراسونیک ترموپلاستیک ها :
– جوشکاری ساده یک اتصال
– جاسازی یک قطعه در قطعه ای دیگر همرا با اتصال بین آن دو
– جوش نقطه ای ورق ها و صفحات پلاستیکی
صنایعی که این نوع جوشکاری در آن کاربرد دارد :
– استفاده در صنعت بسته بندی
– استفاده در صنعت اتومبیل سازی
– استفاده در صنعت پزشکی
– استفاده در صنعت اسباب بازی
– صنایع مرتبط دیگر

جوشکاری آلتراسونیک یا فراصوتی پلاستیک ها
(Ultrasonic Plastic Welding ‎) ‏
از حدود بیست سال قبل روش جوشکاری آلتراسونیک علاوه بر اتصال قطعات پلاستیکی به ‏یکدیگر برای اتصال فلزات به پلاستیک ها و همچنین اتصال مواد نا همجنس به یکدیگر ( که ‏درآن نوسانات التراسونیک نقش تسریع کننده واکنش اتصال رادارد ) مورد استفاده قرار ‏گرفته است . امروزه نیز این روش خود یک متد اساسی برای اتصال قطعات به یکدیگر به ‏حساب می آید . درجوشکاری آلتراسونیک حرارت لازم برای ذوب سطوح اتصال توسط ‏ارتعاشات فراصوتی تامین می شود . روش کار به این صورت است که ابتدا انرژی الکتریکی ‏در دستگاه مخصوصی به نوسانات مکانیکی با فر کانس زیاد تبدیل شده و سپس این نوسانات ‏توسط یک وسیله نوسان کننده ( بنام دماغه) به جسم منتقل می شود . انرژی نوسانی فوق از ‏قشرهای بالای قطعه ترموپلاستیکی عبور کرده و در سطح مشترک دو جسم متمرکز می شود ‏‏. ‏
در نتیجه این عمل حرارت لازم برای ذوب پلاستیک بوسیله اصطکاک حاصل از نوسان یک ‏سطح در مقابل سطح دیگر در موضع اتصال ایجاد می شود .‏
این حرارت سبب گداخته شدن مرز برجسته ای‎ ‎‏ که می توان آنرا عامل هدایت و تمرکز ‏انرژی نامید و نفوذ آن به داخل سطحی که به آن فشرده میشود ،می گردد .‏
باید توجه داشت که در حین عملیات بواسطه آنکه آزاد شدن انرژی تنها در نقطه اصطکاک ‏و یا موضع اتصال صورت می گیرد ، خود قطعه کاملا سرد باقی
می ماند.جوشکاری ‏فراصوتی ترموپلاستیک ها با جوشکاری فراصوتی فلزات تفاوت دارد. ‏
این تفاوت ازآن جهت است که حرارت تولید شده در ترموپلاستیک برای رساندن آن به ‏دمایی بالاتر از نقطه ذوبش کافیست ، در صورتی که در فلزات چنین نیست . به همین علت ‏سطوح اتصال در این حالت بسیار تمیزو یکنواخت بوده ودر عین حال از لحاظ استحکام ‏درست مانند ماده زمینه هستند . نظر به اینکه نرخ انتقال نوسان در مواد مختلف متفاوت است ، ‏موفقیت یا عدم موفقیت در عملیات جوشکاری آلتراسونیک به میزان انتقال نوسان توسط ‏پلاستیک مورد اتصال بستگی زیادی دارد .‏موادی که به طریقه آلتراسونیک قابل جوشکاری هستند عبارتند از : آکریلیک ها ،استال ها ، ‏پلی الفین ها ، پلی آمیده ها ، پلی کربنات ها ، پلی استیون ، پلی سولفون ،‏ABS،وغیره .لازم ‏به ذکر است که ضخامت مواد فوق باید از025/0 تا 254/0 میلیمتر باشد .‏
تجهیزات وابزارهای جوشکاری آلتراسونیک (فراصوتی ) :‏

تجهیزاتی که در جوشکاری آلتراسونیک پلاستیک ها مورد استفاده قرار می گیرند شامل ‏موارد زیر است :‏
‏1- منبع نیرو برای تبدیل جریان ‏HZ‏ 60 به جریان ‏HZ‏ 20000 ‏
‏2- مبدلی که جریان ‏HZ‏ 20000 را از منبع نیرو گرفته و آنرا به نوسانات مکانیکی با همان ‏فرکانس تبدیل کند .( ترانس دیوسری از جنس سرب ، زیرکونیوم ،تیتانیوم)‏
‏3- دماغه ای که :‏
الف: نوسانات دریافتی از مبدل را تشدید کرده و
ب : این نوسانات را از مبدل به ترموپلاستیک منتقل کند .‏
‏4- تایمر برای کنترل :‏
الف: زمان جوشکاری = زمانی که طول می کشد تا انرژی وارد قطعه کار شود .‏
ب : زمان نگه داشتن = زمانی که طی آن قطعه تحت فشار نگه داشته می شود .‏
‏5- پایه ای برای نگه داشتن دماغه به طوریکه در تماس با قطعه کار پلاستیکی باشد. ‏
‏6- گیره نگهدار قطعه کار .‏
به طور کلی برای تنظیم قطعات مورد اتصال و پیشگیری ازحرکت احتمالی آنها در حین ‏جوشکاری استفاده از گیره های نگهدارنده ضروری است . در صورتیکه قطعات را با گیره ‏محکم نکنیم بواسطه حرکت احتمالی شان توسط دماغه آسیب می بینند .باید توجه داشت که ‏عدم تساوی فشار بر روی قطعات مورد اتصال موجب ایجاد یک جوش نا مطلوب خواهد شد ‏‏.‏
دستگاهی که برای جوشکاری آلتراسونیک ترموپلاستیک ها مورد استفاده قرار
می گیرد ، در ‏این دستگاه ولتاژ 115 یا 220 ولت برق ‏AC‏ به 20 کیلو هرتز انرژی الکتریکی تبد یل می ‏شود .‏
‏ این انرژی الکتریکی به کمک یک مبدل که در داخل دستگاه تعبیه شده است به انرژی ‏نوسانات مکانیکی تبدیل می شود ، سپس انرژی نوسانی قبل از آنکه به سطوح مورد اتصال ‏منتقل شود به دماغه می رسد و در آنجا تشدید می گردد . ‏
بر حسب موارد کاربرد دماغه ها می توان از طرح های مختلف آن استفاده نمود .

سه نوع ‏اصلی دماغه عبارتند از : ‏
‏1- دماغه های استاندارد ‏
‏2- دماغه های غیر استاندارد
‏3- دماغه های کاهنده_افزاینده ‏

روش های جوشکاری آلتراسونیک :‏
روش های مختلف جوشکاری آلتراسونیک را می توان به دو گروه اصلی زیر
بقه بندی ‏کرد : ‏
‏1- جوشکاری اتصالی ‏
‏2- جوشکاری انتقالی ‏

مزایای استفاده از جوشکاری آلتراسونیک:‏
‏1- دراین فرآیند اتلاف حرارت بسیار کم بوده و درمواقعی که این مزیت
همیت زیادی ‏داشته باشد این روش بسیار مفید است .‏
‏2- جوشکاری آلتراسونیک باسرعت زیاد را می توان بر موادی با ضخامت 025/0 تا254/0 ‏میلیمتر اعمال نمود .‏
‏3- این روش سبب ایجاد هیچگونه خرابی و تو رفتگی درقطعه نمی شود در
واردی که علائم ‏خرابی وتو رفتگی نباید به هیچ وجه در قطعه دیده شود ،اهمیت این فرآیند مشخص ترمی ‏شود .‏
‏4- در این فرایند امکان استفاده از سیستم های تمام اتوماتیک وجود دارد .‏

تست التراسونیک (Ultrasonic test)
دستگاه Ultrasonic : دستگاهی است که امواجی با فرکانس خیلی بالا تولید
می کند که فرکانسش بیشتر از آستانه شنوایی است .(In fra sound 20 -20 .000 Hz) و فرکانس در ultrasonic test معادلMHz 0.5 – 10 می باشد .
این دستگاه قادر است عیوب یا ناپیوستگی های ریز که معادل نصف طول موجش است را نشان دهد .
نصف طول موج = ناپیوستگی های قابل تشخیص در UT .
در مقابل ترنس ویوسر دستگاه 3 ناحیه وجود دارد :
1. Far field
2. Near field
3. Dead zone
• منطقه Near zone مکانی است که اگر ناپیوستگی ها در این منطقه قرار گیرند بصورت واضح و دقیق توسط دستگاه قابل تشخیص نمی باشد ( و این یکی از معایب روشUT می باشد ) .

• منطقه Far field or Far zone منطقه ای است که عیوب با دقت بالایی قابل تشخیص می باشند در این منطقه صوت حالت واگرایی دارد که این زاویه واگرایی به عواملی چون طول موج و قطر کریستال پراب و فرکانس وابسته می باشد که با طول موج رابطه مستقیم و با فرکانس و قطر کریستال پراب رابطه معکوس دارد .

توضیحاتی درباره پراب ها و دستگاههای ultrasonic
دستگاههای آنالوگ و دیجیتال و پراب های Angle و Normal :
دستگاههای به دوصورت تقسیم می شوند :
*آنالوگ : در صنعت کاربرد چندانی ندارند بدلیل آنکه سرعت کارکردن با دستگاه کم است . ازاین دستگاه بیشتردرآموزشهای Ultrasonic testing و کارهای آزمایشگاهی استفاده می شود .
*دیجیتال : بدلیل راحت و آسان بودن سیستم دستگاه و سرعت بالا برای کار, از این نوع دستگاه در صنعت استفاده می شود .
انواع پراب ها

1. Angle ( پراب های زاویه دار ) : اغلب استفاده این پراب در تست و بازرسی جوش است .
2. Normal ( پراب های نرمال ) : اغلب استفاده این پراب ها برای تست و بازرسی سطوح است و برای تست جوش استفاده نمی شود .

Pulse – Echo ( برگشت صوت ) : در این روش تنها یک پراب استفاده می شود که هم فرستنده و هم گیرنده صوت است .
Through Transmissian ( انتقال صوت ) : در این روش 2 پراب استفاده می شود که یکی فرستنده و دیگری گیرنده صوت است .

نوع انتقال صوت در پراب ها به دو صورت است :
• پالس کوتاه Short pulse
• موج متوالی Continuous wave

بلوکهای مرجع برای کالیبراسیون پراب های Normal و Angle
در روش ultrasonic testing
بلوک های مرجع (Reference block)
* بلوک V1 یا ll W .
* بلوک V2 یا Az .
– از این بلوک ها در کالیبراسیون پراب های Angle , Normal استفاده می شود .
– ضخامت های این بلوک ها متفاوت است مثلا بلوک V2 دارای ضخامت هایی چون 12mm , 20mm است و ضخامت بلوک V1 معادل 25mm است .
– شعاع کرو در بلوک 25mm , 50 mm V2 است .
که 25mm شعاع کرو کوچک و 50mm شعاع کرو بزرگ است .
– شعاع کرو در بلوک V1 معادل 100mm است .

روشهای test و بازرسی قطعات توسط دستگاههای ultrasonic
روش تماسی Contact testing
*در روش تست تماسی ترنس دیوسر مستقیم روی نقطه تحت تست قرار می گیرد چون دانسیته هوا کم است یک نوع عایق صوتی به حساب می آید و بخاطر همین از موادی چون : گریس – روغن – آب و … دربین اتصال ترنس دیوسر با قطعه استفاده می شود .
روش غوطه وری Immersian testing
* در روش غوطه وری قطعه تحت تست و ترنس دیوسرهردو در داخل یک تانک که از آب پشده قرار می گیرد . در این روش سرعت تست بالا است و اغلب در جاهایی که سرعت کار مهم است از این روش استفاده می کنیم .
آیتم های مهم در ultrasonic
1- کالیبراسیون فاصله پراب نرمال ( Normal )
2- کالیبراسیون فاصله برای پراب زاویه دار (Angle )
3- تعیین شاخص پراب
4- تعیین زاویه پراب
5 – تعیین محل SDH روی بلوک مرجع
6 – قدرت تفکیک resolution
7 – Amplitud control lineritiy
8 – screen light lineritiy
9 – منحنی DAC
10- ضخامت مولد
11 – زاویه انحراف
12 – خطی بودن محور افقی
استانداردهای مورد استفاده در Ultrasonic testing
استانداردهای کاربردی در NDT و جوشکاری
1- AWS A1.1 : راهنمای سیستم های اندازه گیری متریک در صنایع جوشکاری .
2- AWS A2.4 :استاندارد علائم و نشانه هادر جوشکاری , لحیم کاری و تست های غیر مخرب .
3-AWS3.0 : استاندارد واژه ها و اصطلاحات جوشکاری .
4- AWS B1.10 : راهنمای بازرسی غیر مخرب جوش .
5- AWS B1.11 : راهنمای بازرسی چشمی جوش .
6- ANSI Z49.1 : ایمنی در جوشکاری , برشکاری و فرآیندهای وابسته.
7-AWS QC1 : استاندارد AWS برای تایید صلاحیت بازرسین جوش.
8- AWS D1.1 : کد ساخت سازه های فولادی جوشکاری شده .
9- AWS D1.5 : استاندارد ساخت پل های فلزی جوشکاری شده .
10- AWS D15.1 : استاندارد جوشکاری راه آهن و لوکوموتیو .
11- AWS B5.11 : استاندارد تایید صلاحیت مفسرین رادیوگرافی .
12-SNT – TC 1A : راهنمای تایید صلاحیت پرسنل NDT که توسط انجمن آزمایشات غیر مخرب آمریکا تهیه شده است .

منابع:

http://manufacturing
2http://eas-welding.persianblog.ir/post/

19