روش های معمول برای اتصال قطعات پلاستیکی شامل اتصالات پیچی، بست های محکم، اتصالات پرس، چسباندن چسب و جوشکاری است. جوشکاری روشی موثر برای اتصال دائمی قطعات پلاستیکی است. فرآیندهای مختلفی برای جوشکاری پلاستیک وجود دارد، از جمله جوشکاری اولتراسونیک، جوشکاری اصطکاکی ارتعاشی، جوشکاری لیزری، جوشکاری صفحه داغ و جوشکاری مادون قرمز.
جوشکاری اصطکاکی ارتعاشی معمولاً برای جوشکاری قطعات بزرگ استفاده می شود. برای قطعات کوچکتر، می توان از آن برای جوش دادن چندین قطعه (2-4 قطعه) به طور همزمان استفاده کرد و فرآیند اقتصادی تر و سریعتر را به دست آورد. مهمترین پارامترهای فرآیند برای جوشکاری اصطکاکی ارتعاشی عبارتند از: فرکانس، دامنه، فشار، زمان و عمق جوش. بهینه سازی این پارامترها می تواند به استحکام جوش بسیار بالایی دست یابد. با این حال، تنظیم پارامترهای جوشکاری به نوع ماده، هندسه و نیازهای تمیزی بستگی دارد.
پارامترهای فرآیند دستگاه جوش اصطکاکی ارتعاشی
1. فرکانس
دستگاه های جوشکاری اصطکاکی ارتعاشی دارای دو فرکانس کاری هستند: حالت ارتعاش با فرکانس بالا (200-240 هرتز) و حالت ارتعاش با فرکانس پایین (80-120 هرتز). انتخاب فرکانس بستگی به وزن و ارتفاع قالب بالایی دارد. فرکانس تاثیر قابل توجهی بر کیفیت جوش ندارد.
2. دامنه
برای حالتهای عملکرد با فرکانس بالا (مثلاً 240 هرتز)، دامنه خروجی (پیک-تا-پیک) 0.5-1.8 میلیمتر است. برای حالتهای کار با فرکانس پایین (مثلاً 100 هرتز)، دامنه خروجی 2-4 میلیمتر است (شکل 1 را ببینید). به طور کلی، لرزش با فرکانس بالا زمانی استفاده می شود که فاصله بین قطعات به کمتر از 1.5 میلی متر محدود شود. دامنه بزرگتر منجر به زمان جوش کمتر می شود، اما تمیزی بدتر می شود.
3. فشار جوش
محدوده قابل تنظیم گسترده است، از 0.5 تا 20 مگاپاسکال. محدوده رایج مورد استفاده 0.5-2.0 MPa است. فشار بیشتر می تواند زمان جوشکاری را کاهش دهد. شایان ذکر است که فشار بیش از حد جوش می تواند باعث شود که مقدار زیادی مذاب از ناحیه جوش خارج شود و با پلاستیک سرد زیر لایه مذاب پیوند بخورد تا یک جوش سرد ایجاد کند و به طور قابل توجهی استحکام جوش را کاهش دهد.
به طور کلی، استحکام جوش به فرکانس و دامنه ارتعاش خیلی حساس نیست. برای مواد حاوی الیاف شیشه، جریان مذاب باید تا حد امکان محدود یا به حداقل برسد. جریان جانبی مذاب می تواند جهت الیاف شیشه را تغییر دهد و استحکام جوش را کاهش دهد. مواد با ویسکوزیته بالا می توانند فشار جوشکاری بالاتری را تحمل کنند. با این حال، فشار بیشتر، مقدار گرد و غبار را در مرحله اول افزایش می دهد (مرحله اصطکاک حالت جامد).
4. زمان جوشکاری
جوشکاری اصطکاکی ارتعاشی دو روش کنترل دارد: کنترل زمان و کنترل عمق. کنترل عمق جوش معمولاً بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
5. عمق جوش
مهمترین عامل تعیین کننده استحکام جوش، عمق جوش است. هنگامی که عمق جوش از آستانه بحرانی فراتر می رود و به حداقل عمق مرحله سوم (مرحله جریان{1} حالت ثابت) می رسد، استحکام جوش به مقاومت ماده پایه می رسد. هنگامی که عمق جوش کمتر از این آستانه بحرانی باشد، استحکام جوش کاهش می یابد. هنگامی که عمق جوش بیشتر از این آستانه بحرانی باشد، جوش بین همان نوع پلاستیک استحکام جوش را افزایش نمی دهد. با این حال، جوش بین پلاستیک های مختلف می تواند استحکام جوش را افزایش دهد.
تا زمانی که به این آستانه بحرانی رسیده باشد، استحکام جوش به فرکانس و دامنه جوش حساس نیست. هنگامی که در یک آستانه ثابت (بالاتر از آستانه بحرانی)، فشار افزایش یافته استحکام جوش را کاهش می دهد.
پیشنهادات فوق می توانند به عنوان نقطه شروعی برای تنظیمات پارامتر عمل کنند. تنظیمات پارامتر دقیق نیز به نوع مواد، هندسه، الزامات استحکام، الزامات آب بندی و الزامات تمیزی مربوط می شود.
در اینجا تنظیمات پارامتر معمولی وجود دارد:
فشار جوش: 1.4 مگاپاسکال (200 psi)
فرکانس: 240 هرتز
دامنه: 1.8 میلی متر
عمق جوش: 1.5 میلی متر
زمان: 3.5 ثانیه
زمان نگهداری: 0.5 برابر زمان جوش
