Vì sao nhựa gia cường sợi thủy tinh khó hàn siêu âm

Nhựa gia cường sợi thủy tinh là vật liệu xuất hiện nhiều nhất trong các yêu cầu tư vấn hàn siêu âm, và cũng là loại dễ gây rắc rối nhất. Triệu chứng có hai dạng: mối hàn yếu và bung ra khi chịu tải, hoặc bề mặt đã cháy và để lại vết trong khi bề mặt ghép vẫn chưa nóng chảy.

Cả hai đều đến từ cùng một nguyên nhân.

Sợi thủy tinh cản trở ở hai điểm

Thứ nhất, sợi thủy tinh làm suy giảm sóng âm.

Hàn siêu âm phụ thuộc vào việc dao động truyền từ đầu hàn vào chi tiết rồi tới bề mặt ghép. Nhựa và sợi thủy tinh có trở kháng âm khác nhau, và năng lượng bị mất tại mỗi mặt phân cách mà sóng đi qua. Hàm lượng sợi càng cao, quãng đường càng dài thì biên độ còn lại tới mối hàn càng ít.

Điều này giải thích hiện tượng bề mặt bị cháy mà mối ghép chưa ngấu: mật độ năng lượng cao nhất ở gần mặt tiếp xúc với đầu hàn, còn bề mặt ghép lại là nơi năng lượng khan hiếm nhất. Thấy mối hàn yếu, người vận hành kéo dài thời gian hàn và tăng lực — việc đó chỉ làm bề mặt hỏng nặng thêm trong khi mối ghép vẫn không nóng chảy.

Thứ hai, đơn giản là có ít nhựa hàn được hơn tại bề mặt ghép.

Chỉ có nhựa tạo nên mối hàn; sợi thủy tinh không tham gia vào quá trình liên kết. Với loại gia cường 30%, lượng vật liệu có thể nóng chảy tại bề mặt ghép giảm khoảng một phần ba, và sợi còn tạo thành rào cản cơ học nằm ngang mặt ghép. Ngay cả khi nóng chảy hoàn toàn, độ bền mối hàn cũng không thể đạt bằng vật liệu nền — điều cần tính đến ngay từ khâu thiết kế thay vì hy vọng bù lại bằng chỉnh thông số.

Cần làm gì, theo thứ tự

Thứ nhất, tăng biên độ — không phải tăng thời gian.

Biên độ quyết định mật độ năng lượng đưa tới bề mặt ghép trong một đơn vị thời gian; kéo dài chu kỳ chỉ cho nhiệt thêm thời gian lan về phía bề mặt. Với PC gia cường 30% sợi thủy tinh, dải khuyến nghị là 70–100 μm ở 20 kHz, cao hơn rõ rệt so với con số thường dùng cho loại không gia cường.

Có ba cách để tăng biên độ: dùng đầu hàn có hệ số khuếch đại cao hơn, đổi tỷ số của bộ khuếch đại biên độ (booster), hoặc dùng bộ phát có dải điều chỉnh biên độ rộng hơn. Cách nào khả thi thì tùy thiết bị hiện có.

Thứ hai, vượt quá một hàm lượng sợi nhất định thì phải đổi kiểu mối ghép.

Bước này thường bị bỏ qua. Gờ dẫn năng lượng dựa vào một đỉnh nhọn để tập trung năng lượng, nóng chảy nhanh rồi chảy lan; hàm lượng sợi cao làm suy yếu cả quá trình nóng chảy lẫn khả năng chảy lan. Vượt qua một mức gia cường nhất định thì tăng biên độ bao nhiêu cũng không cho mối hàn ổn định, và lời giải là mối ghép cắt — kiểu này tạo mối hàn bằng ma sát duy trì dọc theo bề mặt lắp ghép có độ dôi ở thành bên, và ít nhạy cảm với sợi hơn hẳn.

Mức gia cường mà tại đó cần chuyển đổi, cùng với hiệu chỉnh chiều cao gờ dẫn năng lượng ở các hàm lượng sợi khác nhau, được nêu trong sổ tay khả năng hàn của nhựa kỹ thuật.

Thứ ba, tính trước hao mòn đầu hàn.

Sợi thủy tinh cứng hơn nhựa rất nhiều và mài mòn mặt làm việc của đầu hàn trong quá trình hàn. Trên khoảng 10% hàm lượng sợi, tốc độ mòn tăng rõ rệt và tuổi thọ đầu hàn titan bị rút ngắn đáng kể. Khi sản xuất hàng loạt chi tiết gia cường, hãy coi đầu hàn là vật tư tiêu hao: kiểm tra mặt làm việc theo định kỳ và đưa vào kế hoạch phụ tùng, thay vì chỉ phát hiện nguyên nhân sau khi chất lượng mối hàn đã trôi.

Những hiểu lầm thường gặp

«Hàn yếu thì hàn lâu hơn.» Như đã nói ở trên, cách này đẩy vấn đề sang hư hỏng bề mặt. Cửa sổ công nghệ của chi tiết gia cường thường hẹp hơn loại không gia cường, chứ không rộng hơn.

«Cùng mã vật liệu nên lô mới cũng vậy thôi.» Hàm lượng sợi, phân bố chiều dài sợi và hóa chất xử lý bề mặt sợi đều có thể khác nhau giữa các lô, và chi tiết gia cường nhạy cảm hơn với biến động đó. Hãy xác nhận lại thông số sau mỗi lần đổi lô.

«Chi tiết gia cường hàn kém là do máy thiếu công suất.» Công suất quyết định có bao nhiêu năng lượng khả dụng; biên độ quyết định năng lượng đó đi vào bề mặt ghép với mật độ nào. Cái mà chi tiết gia cường thường thiếu là vế sau, và tăng công suất không bù được cho biên độ không đủ.

Phần lớn được quyết định trên bản vẽ

Chất lượng mối hàn trên chi tiết gia cường phần lớn đã được định đoạt trước khi máy tham gia: kiểu mối ghép có hợp với vật liệu không, chiều dày thành có đỡ được độ dôi cần thiết không, và gờ dẫn năng lượng có được đặt sao cho năng lượng tới được bề mặt ghép không. Một khi khuôn đã cắt, dư địa điều chỉnh còn rất ít.

Sổ tay khả năng hàn của nhựa kỹ thuật đánh giá các loại nhựa nhiệt dẻo thông dụng theo năm phương pháp và giải thích ảnh hưởng của sợi thủy tinh, chất chống cháy, bột màu và nhựa tái sinh; sổ tay tra cứu biên độ trình bày yêu cầu biên độ theo từng họ vật liệu; sổ tay thiết kế gờ dẫn năng lượng và mối ghép đưa ra hệ thống kích thước đầy đủ cho tám kiểu mối ghép. Tất cả có tại trang tài liệu kỹ thuật.

Biên độ khả dụng phụ thuộc vào bộ phát và hệ thống âm học. Dải điều chỉnh của từng model được liệt kê trên trang máy hàn siêu âm.

Để được đánh giá một chi tiết cụ thể, gửi bản vẽ hoặc mẫu tới 1427498429@qq.com, hoặc gọi +86 769 8202 9510 / +86 137 6001 0932.