Zgrzewanie w.cz. - teoria

ZGRZEWANIE W.CZ. (ang. High Frequency welding - zgrzewanie prądem wielkiej częstotliwości), inaczej zgrzewanie RF (ze względu na użytą częstotliwość z zakresu częstotliwości radiowych) jest procesem spajania nieprzewodzących materiałów termoplastycznych na skutek ich podgrzewania przez dostarczanie energii zmiennego pola elektrycznego, zazwyczaj o częstotliwości 27.12 MHz, przy współdziałaniu nacisku wywieranego przez prasę.

 

Zasada działania

  • W procesie tym przyłożone napięcie wielkiej częstotliwości zwiększa amplitudę drgań cząsteczek materiału podlegającego zgrzewaniu (dielektryka), co wprost przekłada się na zwiększanie temperatury materiału aż do osiągnięcia przez niego stanu plastycznego (półpłynnego).

  • Drugim czynnikiem, który umożliwia wytworzenie spoiny, jest docisk podgrzewanych obszarów dwóch (lub więcej) warstw materiału w taki sposób, aby nastąpiło ich połączenie. Jest to realizowane w układzie prasy z odpowiednio ustawionym naciskiem.

  • Za podgrzewanie i docisk odpowiedzialna jest jedna para metalowych form – elektrod (podzielonych na część górną i dolną), których kształt odpowiada wykonywanej spoinie. Za pośrednictwem elektrod jednocześnie wywierany jest nacisk oraz dostarczane napięcie wielkiej częstotliwości.

  • Cały proces zgrzewania trwa zaledwie kilka sekund. W rezultacie otrzymujemy jednorodną spoinę o wysokiej wytrzymałości, szczelności oraz o estetycznym wyglądzie.

  • Podstawowym warunkiem skutecznego zgrzewania jest termoplastyczność używanych materiałów. Z tego powodu nie wszystkie materiały mogą podlegać temu procesowi. Najczęściej używanymi materiałami stosowanymi przy zgrzewaniu w.cz. są następujące termoplasty: PVC, PU, PET-A, PET-R, PET-G, EVA itp.

 

Zalety zgrzewania prądem wielkiej częstotliwości w porównaniu ze zgrzewaniem konwencjonalnym (termicznym)

  • Łatwiejsza obsługa urządzenia

    Obsługa zgrzewarki w.cz. jest znacznie prostsza od jej konwencjonalnego (wykorzystującego zgrzewanie termiczne) odpowiednika. Obsługa takiego urządzenia sprowadza się do kilku kroków: na podstawie prasy znajduje się dolna część formy, w której umieszczamy zgrzewane elementy. Następnie dociskamy górną część formy, włączamy na kilka sekund prąd wielkiej częstotliwości, podnosimy górę formy - zgrzew gotowy.

    W przypadku zgrzewania konwencjonalnego trzeba to zorganizować w bardziej skomplikowany mechanicznie sposób, gdyż niemożliwe jest błyskawiczne nagrzewanie i studzenie formy. Potrzebne są dodatkowe uchwyty utrzymujące materiał w miejscach nie podlegających zgrzewaniu oraz (na przykład) wykonanie jednoczesnego ruchu dolnej i górnej (gorącej) części formy. Sytuacja robi się jeszcze trudniejsza w przypadku zgrzewania elementów o bardziej złożonej geometrii, w których konieczne jest kilkukrotne otwieranie i zamykanie poszczególnych fragmentów prasy. W takich sytuacjach zgrzewanie prądem w.cz. staje się wręcz niezastąpione.

  • Lepsza kontrola dostarczania ciepła

    Przy zgrzewaniu prądem wielkiej czestotliwości najwyższa temperatura powstaje w miejscu tworzenia spoiny, najniższa zaś na powierzchniach dociskającej formy. Natomiast przy zgrzewaniu konwencjonalnym (podgrzewaną formą) jest odwrotnie - najwyższa temperatura powstaje na powierzchniach formy, a najniższa w płaszczyźnie zgrzewu. W praktyce powoduje to, że dla niektórych materiałów oraz grubszych folii chętniej przyklejają się one do formy niż łączą między sobą.

    Przepływ ciepła 1a.pngPrzepływ ciepła 2a.png

    Rozkład temperatury przy zgrzewaniu gorącymi elektrodami
    Najwyższa temperatura występuje na powierzchni formy, najniższa zaś w płaszczyźnie zgrzewu.

    Rozkład temperatury przy zgrzewaniu metodą w.cz.
    Najwyższa temperatura występuje na powierzchni styku. Elektrody utrzymują niską temperaturę.

     

     

     

  • Wyższa jakość uzyskiwanych spoin

    Zgrzewanie prądem w.cz. umożliwia precyzyjne sterowanie i dawkowanie energii dostarczanej do materiału. Ponadto powstająca spoina jest dodatkowo stabilizowana gdyż pod utrzymujacym się naciskiem prasy folia chwilę stygnie. W wielu sytuacjach tylko ten sposób zgrzewania zapewnia uzyskanie spoin o pożądanych parametrach.

  • Prostsza konstrukcja urządzenia

    Zastosowanie techniki zgrzewania prądem w.cz. ułatwia wykonanie samego stanowiska zgrzewającego, niezależnie od tego, czy jest ono obsługiwane manualnie, półautomatycznie czy automatycznie. Wpływa to w znaczacy sposób na prostotę obsługi takiego urządzenia.

  • Nowe możliwości łączenia materiałów

    Zgrzewanie prądem w.cz. bardzo ułatwia (a czasami w ogóle umożliwia) łączenie istotnie różniące się od siebie materiałów (o innych właściwościach termoplastycznych i przewodności cieplnej) – na przykład folii twardej z kartonem lub folii miękkiej z bawełną.