sudarea materialelor plastice cu ultrasunete

7/25/2019 Sudarea Materialelor Plastice Cu Ultrasunete

1/8

De ce sudarea cu ultrasunete?

- Proprietatea sudurii cu ultrasunete de a steriliza zona tratata

- Sigilarea pungilor sterile pentru instrumentarul necesar operatiilor

laparoscopice

PUNCTE DE ATINS

- Cum se profleaza varul centratorului de sudare- Procedeu ! sudarea cu ultrasunete nu topeste" ci aduce materialul intre o

stare de topire vascos#Se produce coeziune intermoleculara si apoi prize" sudarea se realizaze la o

recventa de peste $%&'z(

Aplicatii ) materialele plastic se plastefaza" su*stante e+plosive


2/8

Sudarea cu ultrasunete a materialelor

plastice(aplicatii in industria medicala)

Introducere

Conform legilor fizicii, o definitie potrivita a caldurii ar fi aceea ca, energia este asociata cu

miscarile si vibratiile aleatorii dintre molecule. In teorie, doar temperatura de zero absolut (-273 grade C) ar

putea provoca sistarea acestor vibratii si miscari dintre molecule. In practica, moleculele din orice substanta

sunt intr-o vibratie permanenta. Temperatura este determinate de numarul de vibratii moleculare(frecventa).

Cu cat moleculele vibreaza mai mult, cu atat creste temperatura substantei din care fac parte.

!n simplu e"emplu de generare a caldurii prin frecare, este acel moment iarna, cand iesim afara la zapada,

dupa ce am facut destui bulgari si ne-au ing#etat mainile, primul lucru pe care il facem este acela de a frecamana una de cealalta ca se ne incalzim, si cu cat frecventa de frecare este mai mare cu atat mainile se

incalzesc mai tare si de asemenea intr-un timp mai scurt.$

%udarea cu ultrasunete este un proces prin care materialele plastice sunt imbinate, folosind caldura

generata de o miscare ultrasonica cu o frecventa ridicata (vibratii la frecventa inalta 2&-3&'z). semenea

vibratie este atinsa prin conversia energiei electrice la o frecventa inalta intr-o deplasare mecanica la

frecventa inalta. ceasta deplasare, coroborata cu o forta aplicata, genereaza caldura prin frecare in zona de

imbinare a suprafetelor materialelor. stfel se produce starea de topire vascoasa a materialului, formand o

legatura la nivel molecular intre materiale.%udarea cu ultrasunete reprezinta un proces industrial important

pentru contopirea materialelor plastice, este un proces economic si satisface cererea intensa de sudare a

materialelor plastice cu un nivel de calitate al finisa*elor foarte ridicat, fara a mai fi nevoie de prelucrari

ulterioare. +e asemenea procedeul de sudare cu ultrasunete este foarte rapid, dureaza mai putin de s, fara a

se folosi alti adezivi sau solutii de aderenta la suprafete.

lte modalitati de sudare a materialelor plastice, cum ar fi sudarea cu gaz, e"trudarea, sudarea prin

contact cu suprafete incinse, sunt dependente de regla*e fine a temperaturii de lucru si dificil de controlat

pentru materialele plastice de finete (polietilena).

%udarea cu ultrasunete este aleasa in special pentru nivelul ridicat de eficienta energetica si

productivitate, cost scazut si usurinta cu care sistemele sunt implementate si automatizate intr-o fabrica.

ceasta te#nica este utilizata mai mult pentru productie in masa, deoarece produsele finale cu design

rafinat au nevoie de o sudura perfecta fara reziduri (aparatura medicala, componente din domeniul

automobilelor, etc.).

aplicatie importanta, in afara celor de productie in masa, este in domeniul medical, pentrusigilarea si totodata sterizilarea zonei de contact. In industria medicala, se cauta atingerea unui nivel cat mai

ridicat pentru realizarea sterilizarii ec#ipamentelor, reducerea la & a impuritatilor si bacteriilor ramase dupa

sterilizare. roprietatea pentru care acest procedeu de sudarea cu ultrasunete este preferat in industria

medicala, este acela ca in momentul procesului de sudare se produce si o sterilizare a zonei de imbinare

fara a rezulta reziduri si fara a mai fi nevoie de orice alta interventie (sigilarea pungilor pentru

instrumentarul de operatie).


3/8

Totusi, sudarea cu ultrasunete prezinta un mic impediment, procesul e"ecutat de fiecare

ec#ipament in parte este dependent de proprietatile materialului folosit. /c#ipamentele sunt optimizare pe

specific de material cu o anumita grosime predefinita, astfel ca odata cu modificarea proprietatilor sau

inlocuirea materialului, necesita si inlocuirea ec#ipamentului. situatie bine cunoscuta este legata de

sc#imbarea comportamentului rezonantei a unui traductor ultrasonic in concordanta cu cresterea sarcinii

(diferite tipuri de materiale plastice).

In figura . este prezentat graficul dmitanta vs 0recventa, ce ilustreaza comportamentul

rezonantei a unui traductor ultrasonic supus unor diferite sarcini, in acest caz determinate de mostre diferite

de material plastic.

Admitanta (Admittance), reprezinta inversul impendantei sau se mai numeste si conductanta

electrica. !nitatea de masura in %I este %iemens 1%. !nitatea de masura este denumita dupa Ernst

Werner von Siemens.

entru un element conductor sau semiconductor, rezistenta electrica si conductanta electrica 4

sunt definite dupa cum urmeaza5

G = 1/R = I/U

unde I reprezinta curentul electric 1 si ! reprezinta volta*ul.

!nitatea %iemens pentru conductanta 4 este definita de 5

S = ^1 = A/!unde 6 reprezinta o#m, reprezinta amperi, and reprezinta volti.

entru o conductanta de %, curentul electric ce va strabate dispozitivul va creste cu pentru

fiecare crestere de a diferentei de potential la polii dispozitivului.


4/8

0ig . 4raficul dmitanta versus 0recventa a unui traductor ultrasonic sub anumite sarcini pentru

a ilustra comportamentul rezonantei.

Cercetarile lui 8. Tsu*ino, arata ca, cu cat frecventa de operare a unui dispozitiv de sudare

ultrasonic este mai mare, cu atat este mai eficient sistemul, datorita pierderilor masive de vibratii in probele

de material plastic. %-a constatat de asemenea ca odata cu cresterea frecventei de operare a sistemului creste

calitatea si rezistenta sudurii.

"e#inirea $rocesului

Sudarea cu ultrasunete reprezinta contopirea a doua materiale prin folosirea caldurii generate de

o miscare mecanica la frecvente inalte (9istr:, ;;7).

rocedeul este realizat prin transformarea energiei electrice in miscare mecanica, la frecvente

inalte (vibratii), acestea generand caldura prin frecare la nivelul suprafetei de imbinare. ibratiile, cand sunt

aplicate cu o anumita presiune&


5/8

0ig. .2 ( procesele urmate in procedeul de sudare cu ultrasunete)

) Cele doua materiale plastice sunt unite si asezate pe o suprafata fi"a numita si stand de #i'are

2) !ar#ul centratorului(varf din titaniu sau placat cu aluminiu) este adus in contact cu

suprafata e"terioara a materialului superior

3) resiune controlataeste aplicata asupra centratorului, presand cele doua materiale in

standul de fi"are

@) %e produce viratia verticalaasupra centratorului (>,&&& A 3&,&&& #z), pe distantemasurate in ordin micrometric, intr-o perioada de timp determinata numita tim de sudare.

ibratiile mecanice sunt transmise prin materiale pana in zona de contopire pentru a genera

caldura prin frecare. Cand temperatura in zona de imbinare atinge punctul de topire vascoasa,

materialul plastic se topeste vascos si vibratia este oprita. ceasta permite racirea materialului

topit.

>) *orta de resareeste mentinuta o perioada de timp determinata, pentru a permite racirea si

solidifierea zonei de contact dintre cele doua materiale. cest timp se mai numeste si tim de

mentinere. buna rezistenta a imbinarii poate fi atinsa prin marirea fortei de presare in

momentul de racire.?) In momentul in care iminarea s+a solidi#icat, centratorul este retractat iar componeta

rezultata din sudarea celor doua materiale este eliberata din standul de fi"are.

Avanta,e/"e&avanta,e

Componentele unui sistem cu ultrasunete si sculele folosite de acesta sunt foarte usor de inlocuit,

oferind fle"ibilitate si versatilitate ce nu pot fi gasite in alte sisteme de sudare a materialelor.

Investia in acest ec#ipament este relativ mica, in raport cu fiabilitatea oferita, viata lunga,

performanta constanta si repetabilitate. cest lucru face ca ec#ipamentul de sudare cu ultrasunete

sa fie preferat de ma*oritatea industriilor (medicale, de automobile, electrice si electronice,

produse te"tile). %udarea cu ultrasunete este un proces economic, care poate creste in mod

semnificativ productia si reduce costurile de asamblare.

E#ectul sudarii cu ultrasunete asura materialelor lastice

/"ista doua grupe principale de materiale plastice, termorigide si termoplastice.


6/8

-ermoriide

ceste materiale plastice sunt constituite din lanturi mari continue de molecule c#imice,

care sufera o reactie permanenta pentru a forma o structura interconectata stransa cu puternice

legaturi covalente (9istr:, ;;7). Cand materialul este rece, rigiditatea provine din structura

incrucisata de molecule. !n dezavanta* al acestui material plastic o reprezinta incapabilitatea de afi sudat sau contopit. /c#ipamentele de sudare plastica, nu pot fi folosite pentru aceste materiale.

ceasta incapacitate este datorata de structura incrucisata ce previne ruperea lanturilor moleculare

si deplasarea libera a moleculelor. In e"ces de caldura aceste materiale plastice se degradeaza.

/"emple de termorigide 5 formalde#ida (C3=B23), formalde#ida melamina

(C@?B?) si poliuretan (C2>@2B2?).

-ermolastice

Termoplasticele sunt de asemenea constituite din lanturi mari continue de molecule

denumite mers$, care atunci cand sunt contopite formeaza polimeri (9istr:, ;;7). ezultatulacestui proces de formare a polimerilor este denumit olimeri&are. egaturile dintre lanturile de

molecule ale termoplasticelor sunt fundamental liniare si lipsite de cone"iuni incrucisate. supra

caldurii, acestea se topesc, devin vascoase si curg, astfel ca sunt potrivite pentru sudare (9istr:,

;;7). Insa e"ista doua materiale plastice, care nu pot fi sudate cu usurinta prin procedeul de

sudare cu ultrasunete, si anume, polipropilena () si polietilena (/).

Elementele comonente ale unui sistem de sudare cu ultrasunete

!n sistem complet este de obicei compus din patru componente principale5

o %ursa de alimentare

o Traductorul ultrasonic

o +ispozitivul de modificare a amplitudinii (Dooster)

o arf centrator acustic

0igura .3 ilustreaza ordinea functionala a unui ec#ipament de sudare cu ultrasunete.


7/8

0ig 2. %c#ema functionala a unui ec#ipament de sudare cu ultrasunete

. %ursa de alimentare

0unctia principala a sursei de alimentare a dispozitivului de sudare cu ultrasunete, este de a transforma

tensiunea de la reteaua de alimentare de *oasa frecventa intr-o tensiune de iesire de inalta frecventa, cu

o putere specifica sarcinii impuse de material. stfel de surse de alimentare func ioneazE, de obicei,

Fntr-o gamE de frecven e de 2& pGnE la @& 'z (9allo:, ;;@5 @&>).

Tensiunea de alimentare de *oasa frecventa (C) este convertita in tensiune de alimentare de curent

continuu (+C) a*utorul unei punti redresoare si un condensator paralel cu rol de filtra*. poi, este

folosit un converter +C-+C, pentru a creste sau descreste tensiunea. !n invertor converteste tensiunea

de curent continuu in tensiune de curent alternativ de inalta frecventa. Tensiunea de curent alternativ de

inalta frecventa este furnizata sarcinii ultrasunete formata de traductorul ultrasonic, dispozitivului de

modificare a amplitudinii si varful centrator.

.2 Traductorul ultrasonic

Traductorul ultrasonic este un dispozitiv care converteste energia electrica in energie mecanica

acustica. /nergia acustica generata este sub nivelul audibil al unei fiinte umane, de obicei peste 2&'z.

Traductoare ultrasonice prezente pot utiliza fie efectul ie&o+electricsau maneto+strictiv, pentru aproduce unde ultrasonice.$ie&o+electricitateaa fost descoperita de ierre si 9arie Curie. /i au descoperit ini ial cE sarea

oc#elle (tartrat de sodiu i potasiu te#nic) a produs o sarcinE electricE atunci cGnd a supus unei forte.

ceastE proprietate a fost utilizata ini ial Fn pic'-upurile fonograf i dispozitive de mEsurare de forta.

+e asemenea, a fost descoperit cE materialul si ar sc#imba dimensiunea sau crea o for E dacE o sarcina

electrica a fost ii este aplicata. cesta este principiul utilizat Fn traductoare ultrasonice.

/fectul magneto-strictiv reprezinta proprietatea unui material de a-si modifica volumul in prezenta

unui camp magnetic. cesta efect se produce datorita rearan*arii domeniilor magnetice din structura

materialului sub influenta unui camp magnetic. %c#imbarea volumului se poate face prin crestere sau

micsorare, in dependenta cu specificul materialului folosit. 9aterialul cel mai uzual in traductoarele

ultrasonice magneto-strictive este Bic#elul sau alia*e ce contin Bic#el in componenta. entru a produce

un camp magnetic necesar sc#imbarii volumului unui material megneto-strictivarful centratorului de sudare ultrasonica propriu-zis ce incorporeaza si traductorul ultrasonic este

prezentat in figura 2.2


8/8

0ig 2. arful centratorului de sudare ultrasonica propriu-zis impartit in 3 elemente.

sudarea materialelor plastice cu ultrasunete

Documents