Ултразвуково заваряване
Ултразвуковото заваряване използва високочестотни ултразвукови акустични вибрации, които се прилагат към съединените части, които са сглобени заедно под ниско налягане. Този метод на заваряване се използва най -често за свързване на термопласти и когато болтовете, спояването или лепенето не са подходящи.
Въпреки че ултразвуковото заваряване е разработено още през 40 -те години на миналия век, за първи път се използва промишлено в началото на 60 -те години за заваряване на фини проводници в електронната индустрия. През 1963 г. за свързване на полиетилен започва да се използва ултразвуково заваряване. Оттогава ултразвуковото заваряване се използва за заваряване на алуминий и тънка ламарина в автомобилната индустрия (модули за запалване, терминални проводници, проводници).
Бавният процес на признаване на предимствата на ултразвуковото заваряване в индустрията се дължи на липсата на мощно ултразвуково оборудване, което може да гарантира постоянно качество на заваряване дори за големи части. В резултат на това изследванията през 80 -те и 90 -те години бяха фокусирани главно върху развитието на ултразвуково оборудване.
Въпреки че ултразвуковото заваряване използва вибрации, този метод е различен от «вибрационното заваряване», известно още като заваряване с триене. В случай на вибрационно заваряване, една от съединяваните части се държи на място, а другата е осцилираща (от електромагнитно или хидравлично задвижване).
Ултразвуковото заваряване държи двете части на място и използва високочестотни звукови вълни за създаване на триене. Акустичната енергия създава триене и произвежда топлина, което води до заваряване на части за по -малко от секунда, което прави ултразвуковото заваряване едно от най -бързо използваните днес.
Процесът на ултразвуково заваряване е напълно автоматизиран и се извършва на специални инсталации. Принципът на ултразвуково заваряване е показан на фиг. 1, а съставът на типична инсталация е показан на фиг. 2.
Ориз. 1. Принцип на ултразвуково заваряване: а — подравняване на частите, б — контакт на частите с върха, в — прилагане на налягане, г — заваряване, д — задържане, е — повдигане на върха
Ориз. 2. Схема на монтаж за звуково заваряване
Генераторът (в отделен блок) се използва за преобразуване на електрически вибрации от мрежата във високочестотни (20 … 60 kHz), преобразувателят, използвайки пиезоелектрични елементи, преобразува електрическите вибрации в акустични. Усилвателят и сонотродът са пасивни резонансни елементи на инсталацията, които служат за прехвърляне на вибрации от преобразувателя към частите.
Обикновено машините за ултразвуково заваряване са оборудвани с набор от усилватели с различни съотношения на трансформация на изместване. Формата на сонотрода се определя от необходимата конфигурация на заваръчния шев. Надлъжните радиални, ръбови и други вълнови колебания се създават в зависимост от формата на сонотрода. Всеки шев изисква свой собствен сонотрод.
Физическата същност на процеса се състои в появата на много силни вибрации с малка амплитуда при контакта на две части. Вибрациите, комбинирани с налягане, премахват примесите и оксидите от повърхността на частите. Електроните започват да се движат между частите, образувайки металургичен шев.
Ултразвуковото заваряване е идеално за извършване на електрически връзки, заваряване на алуминий и мед, за запечатване на краищата на медни тръби, за заваряване на пластмаси, за вграждане на метални части в пластмаси.
Ориз. 3. Съединения, направени чрез ултразвуково заваряване
Ултразвуковото заваряване на пластмаси позволява по -надеждни съединения от другите методи. В този случай ултразвуковото заваряване на пластмаси е коренно различно от заваряването на метали.
Първо, ултразвуковото заваряване на метали става чрез напречни вибрации, успоредни на заварените повърхности. Ултразвуковото заваряване на пластмаса използва надлъжни вибрации, които са нормални (т.е. под прав ъгъл) спрямо заварените повърхности. Формата на сонотродите, които предават ултразвукови вибрации към метални и пластмасови шевове, също са напълно различни.
Второ, при заваряване на метали се създава шев чрез фрикционното взаимодействие на повърхностите, което създава твърда връзка, без да се стопява материала. Ултразвуковото заваряване на пластмасови части се основава на топене на материала по същия начин като много други традиционни методи за заваряване, като дъгова заварка, съпротивление или лазерно заваряване), но в много по -ниски температурни граници.
Ориз. 4. Оборудване за ултразвуково заваряване
Предимствата на ултразвуковото заваряване:
1. Не се изисква специално почистване на повърхността.
2. Не е необходима защитна атмосфера.
3. Не се изискват консумативи за заваряване (тел, електроди, спойка и т.н.).
4. Ниска консумация на енергия.
5. Кратко време за снаждане за образуване на съединение (около четвърт от секундата).
6. Пълна автоматизация на заваръчния процес и възможност за лесно интегриране с други производствени процеси.
7. Възможност за заваряване на материали от различно естество, включително чувствителни към високи температури, тъй като по време на заваряването се генерира малко количество топлина.
8. Заваряване на всякакви форми на детайли.
9. Заваръчните шевове, създадени по този процес, са визуално приятни, спретнати.
10. Ултразвуковото заваряване не използва корозивни химикали и произвежда малко количество пари, за разлика от други методи.
Ограничения на ултразвуковото заваряване:
1. Най -сериозното ограничение при използването на ултразвуково заваряване е размерът на заваряваните части — не повече от 250 мм. Това се дължи на ограниченията в изходната мощност на преобразувателя, неспособността на сонотрода да предава много висока мощност на ултразвукови вълни и трудностите при контролирането на амплитудата.
2. Ултразвуковото заваряване също изисква по -ниско съдържание на влага в съединяваните материали. В противен случай се предпочита заваряване с вибрации.
3. Ултразвуковото заваряване не е ефективно за свързване на дебелостенни материали. Най -малко една от частите, които трябва да бъдат свързани, трябва да е лека, тъй като «абсорбира» огромно количество енергия.