Tipične metode za spajanje plastičnih dijelova uključuju vijčane spojeve, uskočne spojnice, prešane spojeve, lijepljenje i zavarivanje. Zavarivanje je učinkovita metoda za trajno spajanje plastičnih dijelova. Postoje različiti postupci zavarivanja plastike, uključujući ultrazvučno zavarivanje, vibracijsko zavarivanje trenjem, lasersko zavarivanje, zavarivanje vrućom pločom i infracrveno zavarivanje.
Vibracijsko zavarivanje trenjem obično se koristi za zavarivanje velikih dijelova. Za manje dijelove, može se koristiti za zavarivanje više dijelova (2-4 komada) odjednom, čime se postiže ekonomičniji i brži proces. Najvažniji procesni parametri za zavarivanje vibracijskim trenjem su frekvencija, amplituda, tlak, vrijeme i dubina zavara. Optimiziranjem ovih parametara može se postići vrlo visoka čvrstoća zavara. Međutim, podešavanje parametara zavarivanja ovisi o vrsti materijala, geometriji i zahtjevima za čistoću.
Parametri procesa stroja za vibracijsko zavarivanje trenjem
1. Učestalost
Vibracijski strojevi za zavarivanje trenjem imaju dvije radne frekvencije: visoko-vibracijski način (200-240Hz) i niskofrekventni način vibracija (80-120Hz). Odabir učestalosti ovisi o težini i visini gornjeg kalupa. Frekvencija nema značajan utjecaj na kvalitetu zavara.
2. Amplituda
Za visoko{0}}frekventne načine rada (npr. 240 Hz), izlazna amplituda (od-do-vrha) je 0,5-1,8 mm. Za nisko{15}}frekventne načine rada (npr. 100 Hz), izlazna amplituda je 2-4 mm (vidi sliku 1). Općenito, visokofrekventne vibracije se koriste kada je razmak između dijelova ograničen na manje od 1,5 mm. Veća amplituda rezultira kraćim vremenom zavarivanja, ali će se čistoća pogoršati.
3. Tlak zavarivanja
Podesivi raspon je širok, od 0,5 do 20 MPa. Uobičajeni raspon je 0,5-2,0 MPa. Viši tlak može smanjiti vrijeme zavarivanja. Vrijedno je napomenuti da prekomjerni pritisak zavarivanja može uzrokovati istjecanje velike količine taline iz područja zavara, spajajući se s hladnom plastikom ispod sloja taline kako bi se formirao hladni zavar, značajno smanjujući čvrstoću zavara.
Općenito, čvrstoća zavara nije jako osjetljiva na frekvenciju i amplitudu vibracija. Za materijale koji sadrže staklena vlakna, protok taline treba ograničiti ili smanjiti što je više moguće. Bočno strujanje taline može promijeniti orijentaciju staklenih vlakana, smanjujući čvrstoću zavara. Materijali visoke-viskoznosti mogu izdržati veći pritisak zavarivanja. Međutim, viši tlak povećava količinu prašine u prvom stupnju (faza trenja u čvrstom-agregatnom stanju).
4. Vrijeme zavarivanja
Zavarivanje trenjem vibracija ima dvije metode kontrole: kontrolu vremena i kontrolu dubine. Općenito se češće koristi kontrola dubine zavara.
5. Dubina zavara
Najvažniji faktor koji određuje čvrstoću zavara je dubina zavara. Kada dubina zavara prijeđe kritični prag, dostižući minimalnu dubinu trećeg stupnja (stadija stacionarnog-stanja protoka), čvrstoća zavara dostiže čvrstoću osnovnog materijala. Kada je dubina zavara manja od ovog kritičnog praga, čvrstoća zavara se smanjuje. Kada je dubina zavara veća od ovog kritičnog praga, zavarivanje između iste vrste plastike ne povećava čvrstoću zavara. Međutim, zavarivanje različitih vrsta plastike može povećati čvrstoću zavara.
Sve dok se dosegne ovaj kritični prag, čvrstoća zavara je neosjetljiva na frekvenciju i amplitudu zavarivanja. Kada je na konstantnom pragu (iznad kritičnog praga), povećani tlak smanjuje čvrstoću zavara.
Gore navedeni prijedlozi mogu poslužiti kao početna točka za postavke parametara. Precizne postavke parametara također su povezane s vrstom materijala, geometrijom, zahtjevima čvrstoće, zahtjevima brtvljenja i zahtjevima čistoće.
Ovdje su tipične postavke parametara:
Tlak zavarivanja: 1,4 MPa (200 psi)
Frekvencija: 240 Hz
Amplituda: 1,8 mm
Dubina vara: 1,5 mm
Vrijeme: 3,5 s
Vrijeme držanja: 0,5 puta duže od vremena zavarivanja
