ULTRALJUDSSVETS - BRANSON ULTRALJUDSSVETSNING

En ultraljudssvets sammanfogar två eller flera delar effektivt! Vi på Green & Co är specialister på att svetsa i plast. Vi erbjuder många olika typer av tekniker för att sammanfoga plast, på den här sidan berättar vi om ultraljudssvetsning. Vi stöttar från ritning till färdig produktionslina. Nya och återkommande kunder väljer oss då vi representera Branson Ultrasonics, ett välkänt fabrikat på marknaden, kända för robusta och pålitliga maskiner. Vi är enkla att samarbeta med, vi har lång erfarenhet och arbetar snabbt både med att ta fram offert samt leverera hårdvara.

Vid höga volymer är ultraljudssvetsning det billigaste sättet att få ihop två eller flera delar!

Vad är ultraljud?

Ljud kan vara allt från vacker fågelsång till höga toner vilket kan spräcka glas. Ljud påverkar genom att skapa en mekanisk vibration i kroppen den möter, exempelvis vibration av luft, gas, vätskor eller fasta ämnen. Ljudvågor kategoriseras efter frekvens vilket mäts i vågor per sekund. Ljud kan vara mer än vad det mänskliga örat kan uppfatta, högfrekventa ljud av viss frekvens är ett sådant exempel. Högfrekventa ljudvågor som ultraljud sträcker sig mellan 20 kHz till 1 GHz. Det mänskliga örat kan höra frekvenser från 16 Hz till 20 kHz, ljud som går utanför detta omgång uppfattar vi istället i form av vibrationer.

Hur fungerar en ultraljudssvets? Detta är ultraljudstekniken

Vid ultraljudssvetsning används högfrekventa ljudvågor vilket vanligtvis ligger mellan 20 kHz och 70 kHz. Tekniken använder sig, precis som vibrationssvetsning, av friktion för att skapa värme. Tekniken kan upplevas mer avancerad än den är. Genom att använda uttrycket hammarslag är tekniken lättare att förstå. Att svetsa med ultraljud är inget annat än att banka ihop detaljer. 20 kHz innebär att man bankar med 20 000 slag per sekund. Detta görs under en viss tid med ett visst tryck.

I hjärtat av en ultraljudssvets finns en converter. Denna komponent omvandlar elektrisk energi till mekanisk, på det viset får man det hammarslag som används. Längden på detta hammarslag kallar vi amplitud. På en 20 kHz converter är detta slag ca 10 mikron. Tyvärr räcker inte 10 mikron till för att smälta det man vill och därför har man det som kallas en booster i maskinen. Denna sitter skruvad in i convertern. Med boostern kan man minska, bibehålla eller det som oftast är fallet, öka amplituden.

Själva svetsverktyget kallas sonotrod eller horn. Detta sitter i sin tur monterad i boostern. De tre komponenterna tillsammans utgör det vi kallar ”stack”. Vi vill ligga an med sonotroden så nära som möjligt över där vi vill svetsa och vi vill samtidigt stödja, med en fixtur, direkt under svetsområdet.

Grundregeln då det gäller ultraljudssvetsning är att amorfa material har bättre svetsegenskaper än de delkristalina. Ju mjukare material man svetsar ju större hammarslag behöver man använda sig av för att plasten ska smälta. Exempelvis PP behöver en sonotrod med ett slag på minst 30 mikron för att materialet ska smälta.

Vilka material kan svetsas med ultraljud?

Generellt kan de flesta termoplastiska material svetsas med ultraljud. Klicka här för att ladda ner lista (pdf-doc) med olika materials svetsegenskaper. Mest idealiska är om detaljerna man vill sammanfoga är i samma material och tillverkade i samma process t.ex. formsprutade.

En viktig aspekt att utgå från är vad ska svetsen klara av? Branson har många olika svetstekniker vilket gör att vi har en teknikneutral approach när vi tittar på en applikation. Vi på Green & Co har ett labb i Anderstorp där vi även testsvetsar kombinationer av material vilket egentligen inte ska fungera. Ibland fungerar inte kombinationen men andra gånger fungerar det alldeles utmärkt.

Vad är ultraljudssvetsning lämplig för?

Ultraljudssvetsning har ofta en ren svetstid på 0,1-0,3 sekunder. Tekniken är omtyckt används för att ta fram många olika applikationer.

Exempel på användningsområde:

Sammanfoga formsprutade delar.
Svetsa ihop laminerad kartong med formsprutade detaljer.
Bädda in membran (exempelvis filtermembran i medicinska komponenter)
Svetsa, nonwovens och textilier (exempelvis luftfilter och munskydd)
Fästa olika typer av material tillsammans.
Svetsa ner metallbussningar i formsprutade detaljer
Skära material som är klibbiga.
Stansa ut material.
Sammanfoga trä med trä.

Exempel på produkter där ultraljudssvetsning används:

Tillverkningen av sprutor, ventiler, pumpar inom MedTech.
Tillverkning av plastkomponenter i bilar som dörrpaneler och konsoler.
Elektroniktillverkning som kretskort, sensorer och högtalare.
Förpackningar till livsmedel och mediciner.
Textilier för att skapa utrustning och kläder som är både vatten- och vindtäta.

Vanliga frågor om att svetsa i plast, ultraljudssvetsning

Vad är fördelarna med ultraljudssvetsning?

Snabbhet. Automatisering. Anpassningsbarhet. Hög kvalitet. Låg energiförbrukning. Inga förbrukningsvaror.

Snabbhet: Ultraljudssvetsning sker på bråkdelen av en sekund. Det krävs ingen extra tid för härdning eller att material ska kallna. Direkt efter sammanfogning är svetsen färdig och materialet kan packas. Detta gör att ultraljudssvetsning är betydligt snabbare än traditionella svetsmetoder och därför lämpar sig ultraljudssvetsning bra vid höga volymer.
Automatisering: Ultraljudssvetsning kan enkelt automatiseras, vilket ökar produktiviteten och håller ner kostnaderna.
Anpassningsbarhet. Ultraljudssvetsning kan anpassas för att passa en mängd olika material och applikationer.
Hög kvalitet: Ultraljudssvetsning ger en hög kvalitet på svetsningen, med minimala mängder av deformation, sprickor eller förvrängning.
Låg energiförbrukning: Ultraljudssvetsning kräver relativt låg energiförbrukning jämfört med andra svetsmetoder, vilket håller ner driftskostnaderna.
Inga förbrukningsvaror: Ultraljudssvetsning kräver inga extra förbrukningsvaror som exempelvis lim eller skruvar vilket håller ner kostnader och avfallsmängden.

Vad är nackdelarna med ultraljudssvetsning?

Kräver noggrannhet. Storlek på detaljer. Ljudnivå.

Kräver noggrannhet: Ultraljudssvetsning kräver hög noggrannhet på ingående komponenter som ska svetsas. Det är bättre med en jämn ”dålig” kvalitet på de formsprutade detaljerna än en kvalitet som är väldigt varierande.
Storlek på detaljerna: Ultraljudssvetsning är bäst lämpad för mindre detaljer. För större detaljer med höga krav är det ofta bättre att använda sig av andra svetstekniker så som t.ex vibration eller IR.
Ljudnivå: Tekniken kan generera höga ljudnivåer, speciellt om man svetsar material som är glasfiberförstärkt vilket ställer krav på användning av inkapsling av ljudet eller hörselskydd.

Varför används olika frekvenser vid ultraljudssvetsning?

Frekvensen som används beror på faktorer som materialtyp, storlek på delar vilket ska sammanfogas samt svetsningsapplikation.

Ju högre frekvens som används ju mindre svetsarea kan sammanfogas. För mindre delar kan högre frekvenser som 70 kHz användas, medan lägre frekvenser som 20 kHz kan användas för större delar. Det är viktigt att välja rätt frekvens för att uppnå en hög kvalitet på svetsningen och för att undvika skador på delarna som ska svetsas.

Vad är skillnaden mellan ultraljudssvetsning och vibrationssvetsning?

Både ultraljudssvetsning och vibrationssvetsning är metoder för att sammanfoga material genom att använda mekanisk vibration. Men det finns skillnader mellan de två metoderna:

Frekvens: Ultraljudssvetsning använder högfrekventa ljudvågor (vanligtvis mellan 20 kHz och 70 kHz) medan vibrationssvetsning använder lägre frekvenser (vanligtvis mellan 100 Hz och 300 Hz).
Energikälla: Ultraljudssvetsning använder en elektrisk omvandlare för att omvandla elektrisk energi till mekaniska svängningar (converter), medan vibrationssvetsning skapar svängningarna med hjälp av magneter som växelvis drar en verktygshalva ur sin grundposition
Processkontroll: Ultraljudssvetsning har vanligtvis en högre grad av processkontroll, eftersom frekvensen och amplituden kan justeras exakt. Vibrationssvetsning är vanligtvis mer lämplig för större detaljer eller material med hög smälttemperatur.
Material: Ultraljudssvetsning är vanligtvis mer lämpligt för termoplastiska material medan vibrationssvetsning kan användas för att sammanfoga både termoplastiska och termohärdande material.
Applikationer: Ultraljudssvetsning används ofta till mindre detaljer medan vibrationssvetsning används till större detaljer.

Vad är en Sonotrod?

En Sonotrod är den del i ultraljudssvetsmaskinen som överför slaget från maskinen till detaljen. Sonotrod kallas även horn. Sonotroden tillverkas vanligtvis i titan eller aluminium, men då man t.ex bäddar ner bussningar, tillverkas sonotroden i härdat stål.

Sonotroden anpassas till det som ska svetsas, har detaljen en kontur då tillverkas sonotroden för att följa konturen.

Är ultraljudssvetsning permanent?

En vanlig fråga kring ultraljudssvetsning är om fogen är stark? Ultraljudssvetsning innebär en molekylär förbindning av de båda plasthalvorna och bildar en stark och permanent bindning. Bindningen är inte starkare än själva materialet, men har man designat detaljen korrekt går detaljen inte sönder i själva svetsfogen. Detta gör ultraljudssvetsning till en pålitlig metod för att sammanfoga material på ett permanent sätt.

Något man behöver ha med sig med att svetsa i plast är beräkning av hållfastheten. Alla additiver (tillsatser) i plast exempelvis glasfiber flammskydd eller talk påverkar kvalitet. Rena material ger en högre hållfasthet i svetsfogen.

Är ultraljudssvetsning dyrt?

Ultraljudssvetsning kan vara en dyrare svetsmetod jämfört med andra svetsmetoder, men kostnader beror på flertalet faktorer.

Utrustningskostnaderna kan vara högre på grund av behovet av specialiserad utrustning och högteknologiska verktyg. Å andra sidan kan arbetskraftskostnaderna vara lägre eftersom ultraljudssvetsning kan automatiseras och kräver mindre manuell hantering.
Produktionsvolymen kan också påverka kostnaderna för ultraljudssvetsning. För mindre produktionsvolymer kan det vara mer kostnadseffektivt att använda andra sammanfogningsmetoder exempelvis skruv och lim. Vid höga volymer är ultraljudssvetsning det billigaste sättet att få ihop två eller flera delar.

Vad är Branson? Vem är Branson?

Branson är ett maskintillverkningföretag från USA och grundades, precis som Green & Co,1946. Företaget ägs av Emerson. Huvudkontoret för Europa ligger i Dietzenbach, utanför Frankfurt. Green & Co är sedan 2001 Bransons distributör i Sverige och Norge. Förutom försäljning hanterar vi även service, underhåll och kalibreringar av maskiner. Vi har direktkontakt med Branson i Tyskland.

Hur vi på Green kan hjälpa dig

Vad är det vi gör och vad är poängen med att ha med oss tidigt i processen? Vi stöttar under hela processen från idé till produktion och det är det som är vår styrka. Vi har lång erfarenhet av att ta fram sonotroder och fixturer. Vi konstruerar, tillverkar och testar allt i vårt labb i Anderstorp i Småland.

Bollplank

Det finns många olika aspekter att beakta för att få ett lyckat slutresultat. Vilken typ av plast är det som ska användas, krav på färdig detalj, funktion och hur ska själva mötet mellan två detaljer se ut? Det är viktigt att vara med redan på ritstadiet för plastdetaljerna måste vara designad för svetstekniken. Om detaljerna inte är designade för tekniken behöver man gå tillbaka och göra om vilket adderar tid och onödig kostnad.

Anpassa sonotrod och fixtur

Sonotrod och fixtur är framtagna för att passa just er applikation. Fixturens uppgift är att hålla detaljen i rätt position, inte klämma. Sonotroden bankar sedan på motsatt detalj. Det är viktigt att detaljen är designad så att den enda riktningen är nedåt under svetsprocessen. Sonotroder och fixturer tar vi fram i egen regi, även till andra frekvenser än de vi själva har i vårt sortiment.

Kundresan – ett vanligt projekt

Generell genomgång av er applikation
Vi går igenom CAD-ritningar och ger en återkoppling på konstruktionen
Vi återkommer inom 1-2 dagar med offert på det produktspecifika dvs sonotrod och fixtur samt en offert på maskinen om så önskas.
Oftast tillverkas sonotrod och fixtur först. Vi är redo att testsvetsa i vårt labb när de första detaljerna tagits fram i formsprutningsverktyget.
Testsvetsningar i Anderstorp. Vi verifierar att svetsresultatet ser bra ut. Gärna tillsammans med er. Vi återkopplar till verktygsmakaren om det eventuellt behövs göras några ändringar av plastdetaljerna. Om det ska ändras något i sonotrod eller fixtur gör vi detta.
När allt ser ok ut och svetsresultatet är verifierat beställs maskinen.
Vi installerar ultraljudssvetsen och utbildar på plats.

Kontakt

Johan Green