超声波焊接过程中热的仿真与研究 点击:295 | 回复:0



东莞铭扬超声波设备有限公司

    
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发表于:2019-04-08 09:02:26
楼主

超声波焊接既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂,也不消耗大量热源,具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。

随着超声波焊接技术在塑料连接领域中越来越多的应用,它逐渐受到从业者及加工成型的工作者的重视.

自上世纪50年代发现超声波的焊接能力以来,超声波焊接技术在诸多领域尤其是塑料焊接领域得到了广泛应用。但目前的研究主要集中在超声波焊接设备、焊接工艺参数对焊接质量的表观影响等方面,但对其内在机理的研究却很不透彻,这严重的阻碍了超声焊接技术的发展,成为国内超声波焊接这一技术发展的瓶颈.

目前国内文献中关于超声波塑料焊接的机理主要有两种观点:1)类似于金属焊的摩擦振动机理:认为塑料件的表面被紧密压合,当超声波被引向待焊的塑料表面时,塑料质点就会被超声波激发而快速振动,接触表面之间因振动而产生摩擦,使焊接面的温度升高,直至熔融连接,非焊接面因无法摩擦,温度不会升高,并不受到破坏.

2)应力

应变的储能及转换机理:认为对于聚合物这类粘弹性体来说,超声波在塑料体中传播产生机械功,机械功的表现方式是塑料质点因振动而引起的连续交替的受压和解压。由粘弹性材料的本构关系可知,当交变应力施加到材料上时,材料的力加载和卸载曲线并不能完全形成一个回路.

国内超声波从业者目前对

超声波塑料焊接的机理本身就缺乏了解,因此有必要提出合理的理论对超声波塑料焊接的机理进行解释,而后基于理论找到各工艺参数对焊接过程和质量的影响规律。

超声波焊接的过程和机理一直是超声波塑料焊接研究的热点,但是由于塑料焊接的复杂性,多年的研究仍然没有突破的进展,铭扬超声波工程师试图通过试验和数值模拟对超声波过程中的一些现象作出解释,弥补焊接机理方面的研究不足。

(1)建立针对聚合物材料的合理的动力学模型

聚合物材料的力学行为较为复杂,在玻璃态呈现普弹性,而在粘弹态又呈现出粘弹性力学的特性。这就导致在承受周期载荷时,不同温度将对应不同的动力学行为。通过线性分析就是找到合理的模型,对聚合物的力学行为和温变特性进行描述。

(2)超声波塑料焊接热机理的研究

尽管有文献对超声波塑料焊接的热机理进行了研究,但并不全面。有的文章将之归结为粘弹性热,但将玻璃态的热源也归结为粘弹性热是不合理的:有的文章考虑了界面热,但对这个界面热究竞是什么并没有给出合理的解释。铭扬超声波工程师将借助有限元法,探索超声波焊接的热的来源,对超声波焊接的热过程进行解释.

(3)超声波塑料焊接热过程的仿真研究

通过仿真得到超声波焊接过程中模型的温度场,得到焊接过程的温度升高曲线,并仿真工艺参数对焊接热的影响。

(4)超声波塑料焊接接头温度场的测量

超声波焊接的测量空间有限,且过程迅速,因此要找一种尺寸小、响应速度快的测量方法。通过比较实测结果和仿真结果的差异,找出前面提出的理论和进行的仿真所存在的问题。

基于热弹塑性的Abaqus、Ansys有限元法的计算方法

熔焊:

Abaqus解决方案:选用隐式求解器Abaqus/Standard进行顺序耦合热固分析。

Abaqus中提供丰富的用户子程序接口,包括:

非均布载荷子程序(DLOAD);

热源子程序(DFLUX);

接触面摩擦行为子程序(FRIC)等。

用户可以根据热源的具体参数采用Fortran建立热源子程序,在计算过程中直接通过子程序接口(DFLUX)调用。对于焊接过程中的热传导问题,Abaqus还提供了强大的散热(Film Condition)和热辐射功能。东莞超声波模具_数字智能超声波焊接机_专业塑料焊接设备厂家_东莞市铭扬超声波设备有限公司

压焊:

Abaqus解决方案:选用显式求解器Abaqus/Explicit来进行分析。同时,Abaqus提供强大的完全耦合热固分析,强制对流和辐射分析,热界面接触。

Abaqus/Explicit提供两种算法来模拟接触问题:

通用接触算法;

接触对算法;

对于考虑接触和热传导的压焊过程仿真时,采用热力耦合的动态分析步, 可以进行完全热力耦合分析。

Abaqus提供了丰富的材料模型库,用户可以方便的选择包括金属、工程塑料、泡沫材料等多种材料模型,可以考虑材料的塑性、损伤、失效、温度相关等非线性效应。

焊接热力耦合过程模拟常用到的是Johnson-Cook模型,它是一个材料屈服强度与温度和应变率相关的一个材料本构模型;

用户还可以利用Abaqus的用户子程序的功能进一步添加自己所需要步添加自己所需要的材料模型。

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