Svetsning av ultraljudsplaster, plaster, metaller, polymera material, aluminiumprofiler. Ultraljudssvetsning: teknik, skadliga faktorer

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Ultraljudssvetsning av metaller är en process under vilken en permanent fog erhålls i fast fas. Bildandet av ungdomsområden (i vilka bindningar bildas) och kontakten mellan dem sker under påverkan av ett speciellt verktyg. Det ger gemensam verkan av relativa tecken- alternerande tangentiella förskjutningar med liten amplitud och kompressionsnormalkraft på ämnena. Låt oss ta en närmare titt på vad ultraljudssvetsteknik är.

Anslutningsmekanism

Lågamplitudförskjutningar förekommer mellan delar med ultraljudsfrekvens. På grund av dem utsätts mikrogrovheter på ytan av delar för plastisk deformation. Samtidigt evakueras föroreningar från anslutningszonen. Mekaniska ultraljudsvibrationer överförs till svetsplatsen från verktyget på utsidan av arbetsstycket. Hela processen är organiserad på ett sådant sätt att det utesluter glidning av fixturen och stöd längsdetaljytor. Under passagen av vibrationer genom arbetsstycket försvinner energi. Detta tillhandahålls av extern friktion mellan ytorna i det inledande skedet av svetsningen och inre friktion i materialet som ligger mellan stödet och verktyget efter bildandet av inställningsområdet. Detta höjer temperaturen i fogen, vilket gör den lättare att deformeras.

Specifikt materialbeteende

Tangentiella förskjutningar mellan delarna och de spänningar som de orsakar och verkar tillsammans med kompressionen från svetskraften ger lokalisering av allvarlig plastisk deformation i små volymer i de ytnära skikten. Hela processen åtföljs av slipning och mekanisk evakuering av oxidfilmer och andra föroreningar. Ultraljudssvetsning minskar sträckgränsen och underlättar därigenom plastisk deformation.

Processfunktioner

Ultraljudssvetsning bidrar till att skapa de nödvändiga förutsättningarna för anslutningen. Detta säkerställs av givarens mekaniska vibrationer. Vibrationsenergi skapar komplexa skjuv-, kompressions- och töjningsspänningar. Plastisk deformation uppstår när materialens elastiska gränser överskrids. Att erhålla en stark anslutning säkerställs genom att öka området för direkt kontakt efter evakuering av ytoxider, organiska och adsorberade filmer.

Använder KM

Ultraljud används i stor utsträckning inom det vetenskapliga området. Med dess hjälp undersöker forskare ett antal fysiska egenskaperämnen och fenomen. Inom industrin används ultraljud för avfettning och rengöring av produkter, där man arbetar med svårbearbetade material. Dessutom påverkar fluktuationer gynnsamt kristalliserande smältor. Ultraljud ger dem avgasning och kornförfining, vilket förbättrar de mekaniska egenskaperna hos gjutna material. Vibrationer bidrar till att avlägsna restspänningar. De används också i stor utsträckning för att öka hastigheten för långsamma kemiska reaktioner. Ultraljudssvetsning kan användas för olika ändamål. Vibrationer kan bli en energikälla för bildandet av söm- och spetsfogar. När svetsbassängen utsätts för ultraljud under kristallisering, förbättras fogens mekaniska egenskaper på grund av förfining av svetsstrukturen och det intensiva avlägsnandet av gaser. På grund av det faktum att vibrationer aktivt tar bort smuts, konstgjorda och naturliga filmer, är det möjligt att ansluta delar med en oxiderad, lackad, etc. yta. Ultraljud bidrar till att minska eller eliminera självstress som uppstår under svetsning. På grund av vibrationer är det möjligt att stabilisera komponenterna i föreningens struktur. Detta gör det i sin tur möjligt att förhindra möjligheten till spontan deformation av strukturer i efterhand. Ultraljudssvetsning har på senare tid blivit mer och mer utbredd. Detta beror på de otvivelaktiga fördelarna med denna anslutningsmetod i jämförelse med kyl- och kontaktmetoder. Särskilt ofta används ultraljudsvibrationer i mikroelektronik.

Lovande riktningbetraktas som ultraljudssvetsning av polymermaterial. Vissa av dem kan inte kopplas ihop med någon annan metod. Vid industriföretag utförs för närvarande ultraljudssvetsning av tunnväggiga aluminiumprofiler, folie, tråd. Denna metod är särskilt effektiv för att sammanfoga produkter från olika råvaror. Ultraljudssvetsning av aluminium används vid tillverkning av hushållsapparater. Denna metod är effektiv vid skarvning av plåtråmaterial (nickel, koppar, legeringar). Ultraljudssvetsning av plast har funnits i produktionen av optik och finmekaniska enheter. För närvarande har maskiner skapats och introducerats i produktionen för att ansluta olika delar av mikrokretsar. Enheter är utrustade med automatiska enheter, på grund av vilka produktiviteten ökar avsevärt.

U. S. power

Ultraljudssvetsning av plast ger en permanent anslutning på grund av den kombinerade verkan av högfrekventa mekaniska vibrationer och en relativt liten tryckkraft. Denna metod har mycket gemensamt med den kalla metoden. Ultraljudseffekten som kan överföras genom mediet kommer att bero på de fysiska egenskaperna hos det senare. Om hållfasthetsgränserna i kompressionszonerna överskrids kommer det fasta materialet att kollapsa. I liknande situationer uppstår kavitation i vätskor, åtföljd av uppkomsten av små bubblor och deras efterföljande kollaps. Tillsammans med den senare processen uppstår lokala påtryckningar. Detta fenomen används vid rengöring och bearbetning av produkter.

Enhetsnoder

Ultraljudssvetsning av plast utförs med hjälp avspecialmaskiner. De innehåller följande noder:

1. Strömförsörjning.
2. Vibrationsmekaniskt system.
3. Kontrollutrustning.
4. Tryckdrivning.

Det oscillerande systemet används för att omvandla elektricitet till mekanisk energi för dess efterföljande överföring till anslutningssektionen, koncentrera den och erhålla det erforderliga värdet på emitterhastigheten. Den här noden innehåller:

1. Elektromekanisk givare med lindningar. Den är innesluten i ett metallhölje och kyls med vatten.
2. Elastisk oscillationstransformator.
3. Svetsspets.
4. Stöd med tryckmekanism.

Systemet är fixerat med ett membran. Ultraljudsstrålning uppstår endast vid svetsningsögonblicket. Processen sker under påverkan av vibrationer, tryck som appliceras i rät vinkel mot ytan och den termiska effekten.

Metodfunktioner

Ultraljudssvetsning är mest effektiv för plastråmaterial. Produkter gjorda av koppar, nickel, guld, silver etc. kan kombineras med varandra och med andra lågplastprodukter. När hårdheten ökar försämras ultraljudssvetsbarheten. Eldfasta produkter gjorda av volfram, niob, zirkonium, tantal, molybden är effektivt anslutna med hjälp av ultraljud. Ultraljudssvetsning av polymerer anses vara en relativt ny metod. Sådana produkter kan också kopplas både till varandra och till andra fasta delar. När det gäller metallen kan den kombineras medglas, halvledare, keramik. Du kan också knyta ämnen genom ett mellanskikt. Till exempel är stålprodukter svetsade till varandra genom aluminiumplast. På grund av den korta vistelsen under förhöjd temperatur erhålls en högkvalitativ anslutning av olika produkter. Råvarornas egenskaper är föremål för mindre förändringar. Frånvaron av främmande föroreningar är en av fördelarna som ultraljudssvetsning har. Skadliga faktorer för människor saknas också. Vid uppkoppling skapas gynnsamma hygieniska förhållanden. Produkternas bindningar är kemiskt homogena.

Anslutningsfunktioner

Metalsvetsning utförs som regel på ett överlappande sätt. Samtidigt läggs olika designelement till. Svetsning kan utföras med punkter (en eller flera), en kontinuerlig söm eller i en sluten cirkel. I vissa fall, under den preliminära bildningen av änden av trådämnet, görs en T-anslutning med planet. Det är möjligt att utföra ultraljudssvetsning av flera material samtidigt (paket).

Deltjocklek

Det är begränsat av den övre gränsen. Med en ökning av tjockleken på metallarbetsstycket är det nödvändigt att applicera oscillationer med en större amplitud. Detta kommer att kompensera för förlusten av energi. En ökning av amplituden är i sin tur möjlig upp till en viss gräns. Begränsningar är förknippade med sannolikheten för utmattningssprickor, stora bucklor från verktyget. I sådana fall bör man utvärdera hurultraljudssvetsning skulle vara lämpligt. I praktiken används metoden för produkttjocklekar från 3…4 µm till 05…1 mm. Svetsning kan även användas för delar med en diameter på 0,01 … 05 mm. Tjockleken på den andra produkten kan vara betydligt större än den första.

Möjliga problem

Vid tillämpning av ultraljudssvetsmetoden är det nödvändigt att ta hänsyn till sannolikheten för utmattningsbrott i befintliga fogar i produkter. Under processen kan arbetsstyckena vända sig i förhållande till varandra. Som nämnts ovan kvarstår bucklor på ytan av materialet från verktyget. Själva enheten har en begränsad livslängd på grund av erosionen av dess arbetsplan. Vid vissa punkter svetsas produktens material till verktyget. Detta leder till slitage på enheten. Reparation av utrustning åtföljs av ett antal svårigheter. De är relaterade till det faktum att själva verktyget fungerar som en del av en icke-separerbar enhetsdesign, vars konfiguration och dimensioner är utformade exakt för driftsfrekvensen.

Produktförberedelse och lägesparametrar

Innan ultraljudssvetsning utförs är det inte nödvändigt att utföra några komplicerade åtgärder med delarnas yta. Om så önskas kan du öka stabiliteten för kvaliteten på anslutningen. För att göra detta är det lämpligt att endast avfetta produkten med ett lösningsmedel. För sammanfogning av duktila metaller anses en cykel med en pulsfördröjning i förhållande till starten av ultraljud vara optimal. Med en relativt hög hårdhet på produkten är det lämpligt att vänta på en liten uppvärmning innan du slår på ultraljudet.

Svetsmönster

Det finns flera av dem. Tekniska scheman för ultraljudssvetsning skiljer sig åt i karaktären av verktygssvängningar. De kan vara vridbara, böjande, längsgående. Dessutom särskiljs scheman beroende på enhetens rumsliga position i förhållande till ytan av den svetsade delen, såväl som på metoden för att överföra tryckkrafter till produkterna och stödelementets designegenskaper. För kontur-, söm- och punktförbindningar används varianter med böjning och längsgående vibrationer. Ultraljudsverkan kan kombineras med lokal pulserad uppvärmning av delar från en separat värmekälla. I detta fall kan ett antal fördelar uppnås. Först och främst kan du minska svängningarnas amplitud, såväl som styrkan och tiden för deras överföring. Energiegenskaperna för den termiska pulsen och perioden för dess överlagring på ultraljud fungerar som ytterligare parametrar för processen.

Termisk effekt

Ultraljudssvetsning åtföljs av en ökning av temperaturen vid fogen. Uppkomsten av värme orsakas av utseendet av friktion på ytorna av de kontaktande produkterna, såväl som av plastiska deformationer. De åtföljer faktiskt bildandet av en svetsfog. Temperaturen vid kontaktytan beror på hållfasthetsparametrarna. Den viktigaste är hårdhetsgraden hos materialet. Dessutom är dess termofysiska egenskaper av stor betydelse: värmeledningsförmåga och värmekapacitet. Det valda svetsläget påverkar även temperaturnivån. Som praxis visar fungerar inte den framväxande termiska effekten som ett avgörande villkor. Detberor på att fogarnas maximala styrka i produkterna uppnås innan temperaturen stiger till gränsnivån. Det är möjligt att minska varaktigheten av överföringen av ultraljudsvibrationer genom att förvärma delarna. Detta kommer också att öka styrkan på anslutningen.

Slutsats

Ultraljudssvetsning är för närvarande en oumbärlig metod för att sammanfoga delar i vissa industrier. Denna metod är särskilt utbredd inom mikroelektronik. Ultraljud låter dig ansluta en mängd olika plast och hårda material. Idag pågår ett aktivt vetenskapligt arbete för att förbättra svetsverktyg och -tekniker.