Svařování ultrazvukových plastů, plastů, kovů, polymerních materiálů, hliníkových profilů. Ultrazvukové svařování: technologie, škodlivé faktory

Ultrazvukové svařování kovů je proces, při kterém se připojení all-in-one v pevné fázi. Tvorba mladistvých míst (ve kterých se tvoří vazby) a styk mezi nimi probíhají pod vlivem speciálního nástroje. Poskytuje společné působení relativních střídavých tangenciálních posunutí malé amplitudy a tlakové normální síly na obrobky. Podívejme se dále podrobněji na to, co je technologie ultrazvukového svařování.

Mechanismus připojení

Změny s nízkou amplitudou se vyskytují mezi částmi s ultrazvukovou frekvencí. Díky tomu dochází k deformaci plastů na povrchu dílů. Současně je znečištění evakuováno z připojovací zóny. Ultrazvuk mechanické vibrace jsou přesunuty na svařovací stanici z nástroje zvenku obrobku. Celý proces je uspořádán tak, aby se zabránilo sklouznutí zařízení a oporu na povrchu dílů. Během průchodu oscilací předlisky se energie rozptýlí. To je zajištěno vnějším třením mezi plochami v počátečním stádiu svařování a vnitřním třením v materiálu, který je umístěn mezi nosičem a nástrojem po vytvoření tvarovací oblasti. Ve spojení se zvyšuje teplota, což usnadňuje deformaci.

Specifické chování materiálu

Tangenciální pohyby mezi částmi a namáháním, které jsou způsobeny a působí spolu s kompresí od svařovací síly, zajišťují lokalizaci intenzivní plastické deformace v malých objemech v blízkých povrchových vrstvách. Celý proces je doprovázen drtící a mechanickou evakuací oxidových filmů a dalších nečistot. Ultrazvukové svařování poskytuje snížení stres výnosu, aby se usnadnila plastická deformace.

Funkce procesu

Ultrazvukové svařování pomáhá vytvářet nezbytné podmínky pro připojení. To je zajištěno mechanickými kmity převodníku. Díky vibrační energii vzniká komplexní napětí při střihu, stlačení a napětí. Deformace plastů nastává, když jsou překročeny hranice elasticity materiálů. Vytváření silného spojení je zajištěno zvýšením plochy přímého kontaktu po evakuaci povrchových oxidů, organických a adsorbovaných filmů.

Aplikace US

Ultrazvuk je široce používán ve vědecké oblasti. S jeho pomocí vědci zkoumají řadu fyzikálních vlastností látek a jevů. V průmyslu se ultrazvuk používá pro odmašťování a čištění výrobků, pracujících s těžko zpracovatelnými materiály. Navíc oscilace příznivě ovlivňují krystalizační taveninu. Ultrazvuk jim zajišťuje odplynění a broušení obilí, což zvyšuje mechanické vlastnosti odlévaných materiálů. Vibrace přispívají k odstranění zbytkových napětí. Používají se také pro zvýšení rychlosti pomalých chemických reakcí. Ultrazvukové svařování lze použít pro různé účely. Oscilace mohou být zdrojem energie pro vytváření spojení švů a bodů. , Když je vystaven ultrazvukové lázni při krystalizaci zlepšené mechanické vlastnosti sloučeniny v důsledku mletí struktury svaru a intenzivní odstraňování plynů. Vzhledem k tomu, že jsou vibrace aktivně odstraňovat nečistoty, umělé a přírodní film může spojit položky, oxidované, lakované, atd .. Plocha. Ultrazvuk pomáhá snížit nebo eliminovat vlastní napětí, které se vyskytuje během svařování. Kvůli vibracím je možné stabilizovat strukturu sloučeniny. To zase napomáhá předcházet možnosti spontánní deformace struktur. Ultrazvukové svařování se nedávno rozšířilo. To je způsobeno nepochybnými výhodami tohoto způsobu připojení v porovnání s metodami studené a kontaktní. Zvláště často se používají ultrazvukové vibrace v mikroelektronice. Slibnou oblastí je ultrazvukové svařování polymerních materiálů. Některé z nich nemohou být spojeny žádnou jinou metodou. U průmyslových podniků se v současné době provádí ultrazvukové svařování tenkostěnných hliníkových profilů, fólií a drátů. Tato metoda je zvláště účinná pro spojování produktů z heterogenních surovin. Ultrazvuk svařování hliníku Používá se při výrobě domácích spotřebičů. Tato metoda je účinná pro spojování plechových materiálů (nikl, měď, slitiny). Ultrazvukové svařování plastů se uplatňuje ve výrobě nástrojů optiky a jemné mechaniky. V současné době byly vytvořeny a uváděny do provozu stroje pro připojení různých prvků mikroobvodů. Zařízení jsou vybavena automatickými zařízeními, díky nimž se produktivita výrazně zvyšuje.

Síla ultrazvuku

Ultrazvukové svařování plastů zajišťuje spojení "vše v jednom" díky kombinovanému působení vysokofrekvenčních mechanických vibrací a poměrně malé tlakové síly. Tato metoda má hodně společného s chladným způsobem. Výkon ultrazvuku, který může být přenášen prostředkem, bude záviset na fyzikálních vlastnostech ultrazvuku. Při překročení Meze pevnosti v kompresních zónách se pevný materiál zhroutí. V podobných situacích se kavitace vyskytuje v kapalinách, doprovázená vzhledu malých bublin a jejich následným zabitím. Spolu s posledním procesem vznikají místní tlaky. Tento jev se používá při čištění a zpracování výrobků.

Uzly zařízení

Ultrazvukové svařování plastů se provádí pomocí speciálních strojů. K dispozici jsou následující uzly:

1. Napájení.
2. Vibrační mechanický systém.
3. Řídící zařízení.
4. Tlakový pohon.

Oscilační systém se používá k přeměně elektrické energie na mechanickou pro následný přenos na místo připojení, jeho koncentrování a získání požadované velikosti otáček chladiče. V tomto uzlu jsou:

1. Elektromechanický konvertor s vinutími. Je uzavřena v kovovém pouzdře a je ochlazena vodou.
2. Transformátor pružných kmitů.
3. Svařovací hrot.
4. Podpora s tlakovým mechanismem.

Systém je upevněn pomocí membrány. Záření ultrazvuku probíhá pouze v době svařování. Proces probíhá pod vlivem vibrací, tlaku aplikovaného v pravém úhlu k povrchu a tepelného účinku.

Vlastnosti metody

Ultrazvukové svařování je pro plastové suroviny nejúčinnější. Výrobky vyrobené z mědi, niklu, zlata, stříbra atd. Lze kombinovat mezi sebou, stejně jako s jinými výrobky z plastických hmot. S nárůstem tvrdosti se svařitelnost ultrazvukem zhoršuje. Účinně spojeny pomocí ultrazvukových žáruvzdorných výrobků z wolframu, niobu, zirkonu, tantalu, molybdenu. Ultrazvukové svařování polymerů je považováno za relativně novou metodu. Takové výrobky mohou být rovněž spojeny navzájem, stejně jako s jinými pevnými částmi. Co se týče kovu, lze jej kombinovat se sklem, polovodiči, keramikou. Obrobky můžete také propojit prostřednictvím mezivrstev. Například výrobky z oceli jsou svařeny dohromady přes hliníkový plast. Kvůli krátkému pobytu při zvýšené teplotě je dosaženo vysoce kvalitní směsi různých výrobků. Vlastnosti surovin podléhají drobným změnám. Neexistence cizích nečistot je jednou z výhod ultrazvukového svařování. Škodlivé faktory pro člověka také chybí. Při kombinaci vzniknou příznivé hygienické podmínky. Vazby výrobků se liší chemickou homogenitou.

Funkce připojení

Svařování kovu se provádí zpravidla lapáním. Tím se přidávají jiné konstrukční prvky. Svařování lze provádět body (jeden nebo více), spojitý šev nebo v uzavřeném kruhu. V některých případech, když je konec obrobku zformován z drátu, je spojen s rovinou. Je možné provádět ultrazvukové svařování několika materiálů současně (v balení).

Tloušťka součástí

Je omezena horní hranicí. Když se zvýší tloušťka kovového obrobku, je nutné aplikovat kmity s větší amplitudou. To kompenzuje ztrátu energie. Zvýšení amplitudy je zase možné až do určitého limitu. Omezení jsou spojena s pravděpodobností výskytu únavových trhlin, velkých zubů z nástroje. V takových případech by mělo být posouzeno, jak je vhodné ultrazvukové svařování. V praxi se tato metoda používá pro tloušťku výrobků od 3hellip-4μm do 05hellip-1 mm. Svařování lze použít pro díly o průměru 0,01help-05 mm. Tloušťka druhého výrobku může být mnohem větší než první.

Možné problémy

Při aplikaci metody ultrazvukové svařování je třeba vzít v úvahu pravděpodobnost únavového selhání existujících sloučenin ve výrobcích. Během procesu mohou být obrobky otočeny vůči sobě. Jak bylo řečeno výše, na povrchu materiálu zůstávají z nástroju zoubky. Samotné zařízení je charakterizováno omezenou životností, která je způsobena erozí její pracovní roviny. V určitých bodech je materiál svařen na nástroj. To vede k opotřebení zařízení. Oprava zařízení je doprovázena řadou potíží. Jsou souvisí s tím, že samotný nástroj působí jako prvek integrální, sjednocené konstrukce uzlu, jehož konfigurace a rozměry jsou vypočítány přesně podle provozní frekvence.

Příprava produktů a parametrů režimu

Než budete provádět ultrazvukové svařování jakýchkoli složitých opatření s povrchem dílů, nemusí to být. Je-li to žádoucí, je možné zvýšit stabilitu kvality připojení. Pro tento účel doporučujeme odmastit produkt pouze rozpouštědlem. Pro připojení tvárných kovů se považuje za optimální cyklus se zpožděním impulsu vzhledem k okamžiku spuštění ultrazvuku. Při relativně vysoké tvrdosti produktu doporučujeme počkat na mírné zahřátí před zapnutím ultrazvuku.

Svařovací diagramy

Existuje několik. Technologické schémata ultrazvukového svařování se liší povahou kmitání nástroje. Mohou být torzní, ohýbací, podélné. Schémata se také liší v závislosti na prostorové poloze zařízení vzhledem k povrchu obrobku, který se má svařit, stejně jako způsobu přenášení tlakových sil na výrobky a konstrukčních prvků nosného prvku. Pro obrysy, šití a bodové připojení se používají varianty s ohýbáním a podélnými kmity. Ultrazvukový efekt lze kombinovat s lokálním impulsním ohřevem částí ze samostatného zdroje tepla. V tomto případě můžete dosáhnout řady výhod. Především je možné snížit amplitudu kmitů, stejně jako sílu a čas jejich přenosu. Energetické vlastnosti tepelného pulsu a doba jeho superpozice na ultrazvuku se objevují jako další parametry procesu.

Tepelný efekt

Ultrazvukové svařování je doprovázeno zvýšením teploty v místě spáry. Výskyt tepla je způsoben vzhledu tření na povrchu kontaktních předmětů a také plastická deformace. Ve skutečnosti doprovází tvorbu svařovaného spoje. Teplota v kontaktním místě závisí na parametrech pevnosti. Nejdůležitější je stupeň tvrdosti materiálu. Kromě toho má jeho termofyzikální vlastnosti nemalý význam: tepelné vedení a tepelná kapacita. Zvolený režim svařování ovlivňuje teplotu. Jak ukazuje praxe, vznikající tepelný účinek nepůsobí jako rozhodující podmínka. To je způsobeno skutečností, že maximální pevnost spojů ve výrobcích je dosažena dříve než teplota stoupá na mezní úroveň. Snížení doby trvání přenosu ultrazvukových vibrací lze provést předhříváním součástí. To také zlepší pevnost kloubu.

Závěr

Ultrazvukové svařování je nyní nepostradatelným způsobem spojování dílů v některých průmyslových odvětvích. Tato metoda je obzvláště rozšířená v mikroelektronice. Umožňuje připojení různých plastových a pevných materiálů. V současné době se vědecky pracuje na zlepšení nástrojů a technologií pro svařování.