Perché alcune saldature resistono in condizioni estreme mentre altre falliscono? In questo articolo esploreremo l'intricato mondo delle linee di saldatura, dalla loro formazione e dai fattori che ne influenzano la qualità ai problemi più comuni e alle soluzioni pratiche. La comprensione di questi elementi critici vi permetterà di capire come ottenere saldature più forti e affidabili nei vostri progetti. Immergetevi per scoprire la chiave per padroneggiare le linee di saldatura e migliorare l'integrità strutturale delle vostre creazioni.
Qualche giorno fa, ho discusso con un collega in merito ai cordoni di saldatura. I loro clienti a monte hanno requisiti eccezionalmente severi per la qualità delle linee di saldatura, sottolineando la natura critica di questo aspetto nella fabbricazione dei metalli.
Ho chiesto informazioni sulla possibilità di eliminare completamente questo difetto. È probabile che molti operatori del settore abbiano incontrato problemi simili con un problema così persistente.
In questo articolo, ci addentreremo in un esame completo delle giunture di saldatura, che comprende i meccanismi di formazione, il contesto storico e le attuali strategie di mitigazione. Questa discussione mira a fornire spunti preziosi per i produttori che si trovano ad affrontare simili sfide di controllo della qualità nei processi di saldatura.
La linea di saldatura, detta anche linea di fusione o linea di incollaggio, si forma quando la resina fusa raffreddata dal bordo d'attacco non riesce a fondersi completamente nel giunto, dando origine a una linea visibile.
Questo fenomeno si osserva comunemente nel punto in cui due flussi si incontrano, o dove un flusso converge dopo aver aggirato alcune forme geometriche, come i fori, sul pezzo.
Come illustrato nella Fig. 1, il flusso di materiale dalla porta 1 e dalla porta 2 crea una linea di saldatura sulla superficie del prodotto.
Fig. 1 linea di saldatura
Osserviamo nuovamente l'andamento del flusso di fusione prima della formazione della linea di saldatura.
A causa della notevole differenza di temperatura tra lo stampo e la plastica fusa, si forma uno strato congelato sulla superficie, che provoca una fessura in corrispondenza del giunto. Il materiale plastico non è in grado di replicare perfettamente la superficie dello stampo.
L'aumento della temperatura della massa fusa migliora l'effetto di alimentazione, ma provoca il disallineamento delle catene molecolari plastiche superficiali, con conseguente formazione di una linea di saldatura, come illustrato nella Fig. 2.
Fig. 2 copia della linea di saldatura
I due flussi di resina nel punto di saldatura non si mescolano tra loro perché avanzano durante la semicottura nel flusso del getto.
Tuttavia, se la temperatura è bassa, lo strato superficiale si ispessisce, la struttura diventa più evidente e la resistenza si riduce a causa della debole forza adesiva tra i due.
La linea di saldatura pone principalmente due problemi.
In primo luogo, c'è un problema strutturale. I pezzi sono più soggetti a rotture o deformazioni in corrispondenza della linea di saldatura, soprattutto quando la qualità della linea di saldatura è scarsa. Questa debolezza è più grave nelle aree in cui i pezzi sono sottoposti a stress.
In secondo luogo, possono verificarsi difetti visibili sulla superficie dei pezzi. La linea di saldatura può causare linee, scanalature o cambiamenti di colore sulla superficie dei pezzi. Se la linea di saldatura si trova sulla superficie di una parte non critica (ad esempio, il fondo), questo potrebbe non essere un problema.
(1) Temperatura
Quando due flussi di resina si incontrano, si fondono. L'entità della fusione è più evidente quando la temperatura dei flussi di resina è più bassa.
Al contrario, se la temperatura dei due flussi di resina è elevata, la forza adesiva tra i due flussi aumenterà e la fusione sarà meno evidente.
(2) Pressione
Nel punto di fusione, le due resine fuse vengono pressate insieme e il livello di adesione dipende dalla quantità di pressione applicata.
Una pressione di mantenimento più bassa determina una fusione più pronunciata, ma un'adesione più debole. Man mano che il processo di polimerizzazione prosegue, il trasferimento della pressione diventa sempre più difficile.
Inoltre, se le dimensioni della guida di scorrimento del cancello sono ridotte e la posizione del cancello è scarsa, l'aspetto e la resistenza della fusione si deteriorano.
(3) Angolo
Quando due flussi si incontrano frontalmente, la linea di fusione è più evidente quando l'angolo tra i due flussi è minore. Al contrario, quando l'angolo è maggiore, la linea di fusione è meno evidente.
In Moldflow, la linea di fusione si forma quando l'angolo di polimerizzazione della massa è inferiore a 135°, mentre non si forma alcuna linea di fusione quando l'angolo è superiore a 135°.
Anche se la linea di fusione non è visibile a occhio nudo, è comunque accettabile.
(4) Scarico
La fusione si riferisce al punto in cui la resina si incontra e si fonde, che può anche essere il punto finale del flusso.
Se in questo punto non è presente una porta di scarico adeguata per il rilascio del gas, la qualità e la resistenza della fusione si deteriorano.
(5) Velocità di riempimento
Se la velocità di riempimento è troppo bassa, il fronte di flusso della colata può non raggiungere l'estremità di riempimento e più la colata è lontana dal gate, più è probabile che si congeli. Ciò può comportare un basso livello disaldatura di qualità linea.
Analogamente, se la lunghezza del flusso è eccessiva, la temperatura del fronte di fusione può diminuire significativamente quando la linea di saldatura si forma all'estremità. Anche questo può portare a una linea di saldatura di bassa qualità.
Per prima cosa, aumentare la temperatura
Per ottenere una migliore fusione dei due flussi sul fronte, aumentare la temperatura di fusione quando è bassa, ma fare attenzione a non superare la temperatura di degradazione del materiale.
Allo stesso modo, si consiglia di aumentare la temperatura dello stampo quando è bassa per migliorare la fusione del fronte di flusso del materiale.
Lo strato congelato nella fusione si forma quando la temperatura è inferiore alla temperatura di conversione del materiale.
Aumentando la temperatura dello stampo al di sopra della temperatura di conversione, il problema della linea di fusione può essere fondamentalmente risolto.
Tecnicamente, i processi a caldo e a freddo e il riscaldamento elettromagnetico possono ottenere i suddetti effetti, anche se a costi più elevati rispetto agli stampi ordinari.
La Figura 3 mostra l'effetto della linea di saldatura degli stampi ad alta lucentezza, con il lato sinistro raffigurante gli stampi ordinari e il lato destro raffigurante gli stampi ad alta lucentezza.
La temperatura dello stampo è stata aumentata a oltre 150℃ utilizzando processi a caldo e a freddo, mentre la temperatura di conversione del materiale era di circa 145℃.
Fig. 3 Confronto tra le linee di saldatura
In secondo luogo, per una pressione finale di riempimento insufficiente
Se la pressione finale di riempimento è bassa, l'aumento della pressione di mantenimento può migliorare la fusione tra i due fronti di fusione. In questo modo si assicura che il fronte di flusso del materiale con la temperatura più elevata si incontri con la parete della cavità, dove queste aree ricevono la massima pressione di mantenimento per attivare la proprietà di assottigliamento plastico.
Terzo, l'angolo è troppo piccolo
Regolare lo spessore della parete del prodotto o la posizione della porta per aumentare l'angolo di confluenza della colata.
Quarto, per il gas intrappolato
L'iniezione di gas di scarico all'estremità di riempimento può migliorare la fusione delle estremità anteriori delle due fusioni. Tuttavia, è importante assicurarsi che la posizione dello scarico sia corretta, poiché un posizionamento scorretto dello scarico non rimuove efficacemente i gas di scarico.
Quinto, la velocità di riempimento è troppo bassa
È importante sfruttare la proprietà di assottigliamento al taglio della plastica. Aumentando la velocità di riempimento si aumenta la temperatura del fronte di flusso del materiale, si potenzia l'effetto di assottigliamento al taglio e si migliora la resistenza della linea di incollaggio.
Quando la distanza di riempimento è troppo lunga, si deve tenere presente che la distanza di riempimento non deve superare un certo limite (L / T = lunghezza e spessore della parete, che deve essere inferiore a 250:1).
Se L / T supera i 250:1, di solito si considera uno stampaggio a parete sottile. In questo caso, è possibile ridurre il rapporto di lunghezza del flusso o aggiungere una nuova porta. Tuttavia, ciò può portare a un posizionamento improprio di una nuova porta della linea di saldatura.
In Moldflow, si forma una linea di saldatura quando l'angolo di polimerizzazione della massa è inferiore a 135° e non si forma alcuna linea di saldatura quando l'angolo è superiore a 135°.
Di seguito viene riportata una sintesi dell'esperienza condivisa da un'azienda:
Una linea di saldatura visibile si verifica quando l'angolo di confluenza della linea di saldatura è inferiore a 75°, mentre non è visibile quando l'angolo è superiore a 75°, come illustrato nella Fig. 4.
Inoltre, tutte le aziende possono sviluppare standard industriali adatti ai propri prodotti in base ai requisiti estetici, alle caratteristiche strutturali e ai tipi di materiali.
Fig. 4 angolo e profondità della linea di saldatura
Le condizioni di formatura determinano la qualità della linea di saldatura o di fusione e la resistenza della linea di saldatura è influenzata dalla temperatura di formazione e dalla pressione applicata alla saldatura prima del congelamento dei pezzi.
La pressione durante la formazione della linea di saldatura è nulla.
In genere, la temperatura di fusione durante la formazione della linea di saldatura è di almeno 20°C superiore alla temperatura di iniezione per produrre una saldatura di alta qualità.
Se si desidera valutare l'impatto della forza della linea di saldatura su struttura del prodotto e prevedere il coefficiente di riduzione della resistenza della superficie di saldatura, è possibile eseguire un'analisi della resistenza della linea di saldatura.
Prima di effettuare l'analisi, è necessario testare la resistenza della linea di saldatura del materiale.
Utilizzando la proprietà di resistenza della linea di saldatura, è possibile eseguire l'analisi della pressione di flusso di Moldflow e quindi importare i risultati della linea di saldatura in ANSYS o ABAQUS per ulteriori analisi al fine di prevedere l'impatto della linea di saldatura sulla resistenza della struttura del prodotto.
Le informazioni dettagliate sull'analisi della resistenza delle linee saranno condivise nei prossimi articoli, quindi non ci sarà bisogno di una lunga introduzione in questa sede.
La formazione delle linee di saldatura è strettamente correlata alla struttura, alla progettazione dello stampo, al processo e al materiale del prodotto.
Nel caso di fori o porte multiple, è difficile evitare la linea di saldatura, ma è possibile attenuarla attraverso il processo di diluizione.
Tuttavia, in alcuni casi è necessaria una modalità ad alta luminosità per eliminare completamente la linea di saldatura.
È importante capire l'impatto delle linee di saldatura sulla resistenza strutturale del prodotto e la resistenza della linea di saldatura può essere analizzata e prevista.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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