Otomasyon, ultrasonik kaynak makinası, elektronik, elektrik

Ultrasonik horn nedir?

Ultrasonik hornlar, kendi doğal frekanslarında titreyecek şekilde tasarlanırlar. Hornların bu doğal frekansta titremelerine “rezonans” adı verilir. En basit örnek, aksiyel modda yarım dalga titreyen bir horndur.

Horn tasarlanırken hedef; ultrasonik titreşim enerjisini yapıştırılmak istenen plastik parçaya erime sağlanacak şekilde iletmektir. Ultrasonik horn tasarımında dikkat edilecek diğer bir nokta frekans seçimidir. Hornlar genellikle 15kHz, 20kHz, 28kHz, 35kHz ve 40kHz frekans degerlerinde tasarlanırlar. Bunun haricinde özel frekanslarda tasarlanan hornlar da endüstride görülebilmektedir.

Ultrasonik, horn tasarımında öncelikle çalışılacak güç kaynağının horn tarama frekansını öğrenmektedir. Örneğin bir ultrasonik güç kaynağı 20kHz +/- 200 Hz şeklinde bir horn değeri vermişse, horn tasarımında alt limit; 19800 Hz ve üst limit 20200 Hz olacaktır. Ancak yine de tasarım yapılırken bu aralık daha da dar tutulmaya çalışılmaktadır.

Frekans seçimi yapıldıktan sonra, ultrasonik yöntemle kaynatılacak ürünün ham maddesi ve geometrisi incelenmektedir. Tüm bu kısıtları inceledikten sonra horn tasarımına başlamaktadır.

Ultrasonik Hornlar,

Plastik kaynak ve kesim işlemlerinde parça ile temas eden titreşimi ileten en son noktadaki komponentdir. Bu titreşim noktasının enerjiyi en iyi şekilde aktarabilmesi, tasarımıyla doğrudan ilişkilidir. Bu hedef doğrultusunda Ultrasonik, tasarım noktasında ürünün hammaddesi, geometrisi ve baskı adedini de göz önünde bulundurarak horn tasarımı yapmaktadır. Horn tasarımı sırasında, hornun imalat süreci de düşünülmeli ve işleme zorlukları da hesaba katılmalıdır.

Hornun tasarımı gerçekleştirildikten sonra üretimi yapılır. Teorik olarak hedeflenen değerler ölçüm yapılarak hem frekans hem de genlik olarak değerlendirilir. Tasarımdaki hesaplamada kullanılan malzemeye bağlı katsayılar gerçek dünyada malzemenin heterojenligi sebebiyle belirli toleranslar dahilinde değişebilir. O nedenle üretilen hornlar, imalat aşamasından sonra mutlaka test edilirler. Gerekirse ölçüm sonuçlarına göre horna mekanik müdahalede bulunulur ve ölçümler yinelenir.

Ultrasonik Kaynak Kalitesi Faktörleri

Ultrasonik kaynağın her seferinde aynı kalitede ve tekrarlanabilir olması için kullanılan hammaddelerin özelliklerinin çok iyi bilinmesi ve takip edilmesi gerekmektedir. Termoplastikler çevre şartlarından etkilenirler bu nedenle Ultrasonik, kaynak projesini incelerken hammaddenin içine eklenecek katkı maddeleri de dahil olmak üzere çevre şartlarını da göz önünde bulundurur.

Bazı plastik hammaddelerin nem tutma oranları yüksektir. Bu tür hammaddelere “hygroscopic” denir. Özellikle naylon ve naylona göre daha az nem tutma özelliğine sahip polikarbonat gibi hammaddeler ile ultrasonik kaynak yapılacaksa dikkatli olunmalıdır. Bu tür hammaddelerden enjeksiyonda basılan ürünler, uygun bir ortamda depolanmalıdır. Mümkün olduğunda polietilen torbalarda bekletilmelidir. Nem oranı yüksek ürünler ile ultrasonik kaynak yapılmaya çalışıldıgında kaynak esnasında malzemeden çıkmaya çalışan buhardan dolayı eriyen noktalar düzgün olmayacak bu da zayıf bir kaynak tutunmasına sebep olacaktır.

Kalıp ayırıcı olarak kullanılan çinko, alüminyum ve silikon bazlı kimyasallar ultrasonik kaynak açısından çok uygun değillerdir. Ürünün yapısı gereği ille de kullanılması gerekiyorsa boyanabilir tipte (paintable grade) olanlar tercih edilmelidir. Ya da enjeksiyondan çıkan ürünler, kaynak öncesi sıvı deterjan ve su karışımı ile temizlenmelidir.

Yağ ve benzeri kaygan ya da yumuşatıcı özelligi olan kimyasallar moleküller arası sürünmeyi azalttıgı için ultrasonik kaynak kalitesini olumsuz yönde etkilerler. O nedenle bu tür kimyasallardan kaçınmak gerekir.

Plastik hammaddelere eklenen cam elyaf gibi malzemeler yumuşak termo plastiklerde ultrasonik kaynak kalitesini arttırır. Ancak oranı %10’u geçtiği zaman horn yüzeyinde aşınmaya sebep olurlar. Bu tür cam elyaf takviyeli ürünlerde sertleştirilmiş çelik ya da titanyum hornlar tercih edilmelidir. Katkı oranı %35’i geçtiginde sızdırmaz bir ultrasonik kaynak elde etmek mümkün olmayacaktır. %40’ı geçtiğinde ise ultrasonik kaynak elde etmek iyice zorlaşmaktadır.

Renk pigmentleri kullanılırken yağ bazlı olmayan tiptekiler seçilmelidir. Alev almazlıkla ilgili etken maddeler ise ultrasonik kaynak kalitesini olumsuz yönde etkilemektedir. O nedenle dikkatlice seçim yapılmalıdır.  Ultrasonik, özellikle hammadde seçimi konusunda müşterilerini bilimsel veriler doğrultusunda yönlendirmekte ve kaynak kalitesi konusunda gerekli denemeleri yaptıktan sonra kaynak olabilirliğini belirtmektedir.

Ultrasonik metal kaynak,

Günümüzde demir olmayan aynı cins veya farklı cins metallerin birleştirilmesi ve montajında kullanılan en hızlı ve maliyet etkin çözümdür. Ultrasonik metal kaynak teknolojisi, endüstride hem ekonomik bir çözüm sunar hem de çevreci bir teknolojidir. Çünkü ultrasonik yöntem kullanıldığında, her hangi bir lehim ya da sıcak kaynak kimyasalına ihtiyaç duyulmaz. Ultrasonik, bu teknolojiyi endüstriyel ihtiyaçlara cevap verecek şekilde uygulamaktadır.

Ultrasonik metal kaynak yöntemi kullanılarak demir içermeyen metaller birleştirilebilir. Özellikle sanayi uygulamalarında bakır ve alüminyum ile diğer metallerin kaynatılması talep edilmektedir. Ultrasonik metal kaynak yönteminde akustik bir parça olan “horn” kullanılır. Bu horn tasarımı tamamen ürüne bağlıdır. Ultrasonik titreşimler ile saniyede 20 000 veya 40 000 kez sürtünmeler oluşturulur ve bu sürtünmeler basınç altında metalleri eriterek birbirine yapışmasını saglar. Bu titreşim sayısına bağlı olarak sistem 20kHz veya 40kHz olarak adlandırılır.

Ultrasonik plastik kaynak teknolojisi ile kıyaslandığında, ultrasonik metal kaynak teknolojisi dik değil yatay olarak çalışır. Pistona bağlı olan vibrasyon grubu pnömatik olarak parça üzerine dik olarak indirilir. Fakat kaynak titreşimleri yatay düzlemdedir. Ayrıca bakır ve alüminyum gibi malzemeler kaynatıldığı için horn malzemesi olarak genelde özel çelik alaşımlar tercih edilir. Uygulamada başarı elde edilmesi ve mükemmel bir ultrasonik kaynak için metal malzemenin cinsi, yüzey kontak mesafeleri ve horn tasarımı çok önemlidir. Bu bileşenlerden biri bile doğru seçilmediği takdirde, uygulama başarılı olamaz. Bu nedenle  Ultrasonik, projeyi başlangıç aşamasından son noktaya kadar takip etmektedir.

Ultrasonik bir titreşim grubunu oluşturan temel yapıtaşları şunlardır;

• Ultrasonik Kristal
• Booster (Mekanik Yükselteç)
• Ultrasonik Horn

Ultrasonik Kristal:

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren elektromekanik sensör grubudur. Bu sensör grubu, aldıgı yüksek frekanslı(20kHz, 40kHz gibi) elektrik işaretine baglı olarak belirli bir genlikte titreşim olusturur. Bu titreşimin miktarı, uygulanan elektrik işaretinin genligine ve frekansına baglıdır.

Booster (Yükselteç):

Ultrasonik kristalin olusturdugu titreşimi arttırma ve bazen de azaltma fonksiyonun yerine getiren temel parçadır. Genlik yükseltmesi yapılırken, uygulamada kullanılan hammaddeye ve ürünün geometrisine göre seçim yapılır.

Ultrasonik Horn:

Boosterdan elde edilen yükseltilmiş titreşimleri kaynak ya da kesim yapılacak malzemeye uygulayan ana parçadır. Horn, malzeme ile kaynak esnasında devamlı sürtünme halinde oldugu için tasarımı ve malzeme seçimi çok önem kazanmaktadır.