V zadnjih novicah je bila predlagana in eksperimentalno preverjena metoda zasnove ultrazvočnega varjenja plastičnih trakov velikih dimenzij.Prvič, trak za varjenje trakov je smiselno razdeljen na več enot, tako da se zasnova varilne hupe z zarezami s kompleksno strukturo spremeni v zasnovo enostavne enote za varjenje.Nato spojni element primerjamo s polvalovnim oscilatorjem z enakim presekom ob upoštevanju sklopitvene vibracije.Frekvenčno enačbo sklepa dobimo z uporabo koncepta ekvivalentne mehanske impedance.
Nazadnje smo s pomočjo enačbe proučevali vpliv števila utorov, širine in dolžine utorov na vibracijske karakteristike zvarnih spojev.Po tej metodi je bilo zasnovanih in obdelanih več skupin tračnih utorov velikih dimenzij.Eksperimentalni rezultati kažejo, da se izmerjene in teoretične vrednosti resonančne frekvence zvarnih spojev dobro ujemajo.
Kot je prikazano na spodnji sliki.Dolžina, širina in debelina varilnega roga so L, B in T.Predpostavimo, da je os z vzbujalna smer pretvornika.Pri delovni frekvenci pravokotni varilni spoj proizvaja vzdolžne vibracije prvega reda v smeri Z.Za tračne varilne spoje je mogoče primerjati L≥2T, B in L, tako da lahko prečne vibracije zvarnih spojev v smeri X zanemarimo.
Ker imajo prečne vibracije v smeri y velik vpliv na vzdolžne vibracije, jih običajno simuliramo z vrezovanjem.Varilni rog je razdeljen na (n+1) enot z enakomernim odpiranjem n rež v smeri Y.Širina in dolžina vsake reže sta W oziroma L2, reže pa so ločene od vhodnega in izhodnega konca varilne hupe l1 oziroma L3.Za zagotovitev, da je vsaka enota popolnoma enaka, je treba na obeh koncih prečne varilne trobe odpreti utore širine W /2.Tako je vsaka enota varilne forme sestavljen trapezni rog s pravokotnim delom.Ob predpostavki, da je širina na obeh koncih in v sredini vsake enote D1 in D2, je razvidno iz zgornjega: L= L1 + L2 +L3
Zaradi enakega vzorca med elementi bo izhodna amplituda zvara tudi vibrirala vzorec, in ko bo združena, bo imela ta vzorec tudi ultrazvočna hupa, tako da bo zasnova ultrazvočnega kalupa poenostavljena na zasnovo katerega koli element.Poleg tega je razmeroma enoten.Da bi učinkovito zadušili prečne vibracije in zagotovili, da ima varilni rog fiksno togost, je širina varilne hupe, deljena z utorom, na splošno v!/ 8 ~!/ 4 (! Je valovna dolžina vzdolžnega načina nihanja prvega reda varilnega hupa), idealna širina reže pa je približno!/ 25 ~!/20[7], lahko število utorov zvarnih spojev določimo glede na zgornje kriterije.Ker širina enote za varilni rog na splošno ne presega!PI /4, zato ga je mogoče približno analizirati z enodimenzionalno teorijo.Vsako varilno enoto v enoti 1 je mogoče obravnavati kot sestavljeno iz treh pravokotnih enakovrednih palic.
Za varilni rog je bila izbrana aluminijeva zlitina 7075 (Youngov modul E=7,17*1010N/M2 gostota ρ=2820kg/m3, Poissonovo razmerje V=0,34).Enačbe (1) ~ (3) in (6) so bile uporabljene za izračun števila n, dolžine L2 in širine W različnih rež.Ko se resonančna dolžina L hupe za varjenje traku spreminja s širino B, se resonančna dolžina L hupe za varjenje traku spreminja s širino B. Izračunana resonančna frekvenca f=20kHz, L1=L3 za poenostavitev.Ko sta dolžina in širina reže konstantni, se resonančna dolžina spreminja s širino zvarnega roga, ko je številka reže drugačna.D2 =60 mm, Š = 10 mm.Kot je razvidno iz sl.2, za varilni rog z režami, prikazan na sl.1 je resonančna dolžina prvega reda manjša od dolžine varilnega hupa brez zarez, izračunana v skladu z enodimenzionalno teorijo (126 mm), resonančna dolžina varilnega hupa pa se povečuje s povečanjem širine varilnega hupa, vendar povečanje se postopoma zmanjšuje.Poleg tega, ko sta resonančna frekvenca in širina zvara konstantni, se resonančna dolžina zvara zmanjšuje s povečanjem števila utorov.
Poleg tega so bili trije zvarjeni spoji različnih debelin obdelani z aluminijevo zlitino 7075 (isti material kot zgoraj).Podana je bila debelina T teh treh zvarnih spojev in izmerjena frekvenca harmoničnega nihanja FM.Ko je debelina varilnega roga manjša od četrtine valovne dolžine (tu je 63 mm), je odstopanje med izmerjeno frekvenco in načrtovano frekvenco manjše od 2 %, kar lahko ustreza zahtevam inženirskih aplikacij.
Ultrazvočni varilni spoj dolgega traku je bil razumno razdeljen na več enakih elementov in frekvenčna enačba elementa spoja je bila izpeljana z metodo prenosne matrike.Če so znani širina ter količina in velikost reže, lahko enačbo uporabimo za priročno načrtovanje spoja traku in tako zagotovimo teoretično osnovo za načrt spoja traku.Prispevek na primerih analizira tudi vpliv števila utorov, širine in dolžine utorov na velikost zvarnega spoja.Vidimo lahko, da ima ta metoda določen vpliv tudi na optimizacijsko zasnovo zvarnega spoja
Razdeljen utor po analizi vibracij roga za varjenje trakov lahko varilni rog razdelimo na telo končne enote in srednjo enoto celice z uporabo metode navidezne elastičnosti in učinka prenosnega voda, dolžina štirih različnih enot je podana oziroma in smeri visoke stopnje frekvenčne enačbe, se lahko frekvenčna enačba uporabi za načrtovanje dolge palične varilne hupe, vendar je postopek načrtovanja zapleten. Izbira nekaterih parametrov je odvisna od izkušenj in ni primerna za inženirsko uporabo.V tem prispevku je tračni varilni spoj razdeljen na več enakih elementov z razumnim utorom, frekvenčna enačba elementa zvarilnega spoja pa je pridobljena z metodo prenosne matrike, ki zagotavlja teoretično osnovo za načrtovanje tračnega zvarilnega spoja.Zasnova ima preprost teoretični izračun in očiten fizični pomen, ki zagotavlja preprosto in enostavno metodo za inženirsko načrtovanje traku
varilni spoj.
Čas objave: 17. marec 2022