Zavarivanje ultrazvučne plastike, plastike, metala, polimernih materijala, aluminijskih profila. Ultrazvučno zavarivanje: tehnologija, štetni čimbenici

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Ultrazvučno zavarivanje metala je proces tijekom kojeg se dobiva trajni spoj u čvrstoj fazi. Pod utjecajem posebnog alata dolazi do stvaranja juvenilnih područja (u kojima se stvaraju veze) i kontakta između njih. Omogućuje zajedničko djelovanje tangencijalnih pomaka s relativnim predznakom male amplitude i tlačne normalne sile na zareze. Pogledajmo pobliže što je tehnologija ultrazvučnog zavarivanja.

Mehanizam povezivanja

Pomaci niske amplitude javljaju se između dijelova s ultrazvučnom frekvencijom. Zbog njih su mikrohrapavosti na površini dijelova podvrgnute plastičnoj deformaciji. Istodobno se kontaminanti evakuiraju iz priključne zone. Ultrazvučne mehaničke vibracije prenose se na mjesto zavarivanja s alata na vanjskoj strani obratka. Cijeli je proces organiziran na način da se isključi klizanje učvršćenja i potporepovršine detalja. Tijekom prolaska vibracija kroz radni komad, energija se raspršuje. To se postiže vanjskim trenjem između površina u početnoj fazi zavarivanja i unutarnjim trenjem u materijalu koji se nalazi između oslonca i alata nakon formiranja područja postavljanja. To podiže temperaturu u zglobu, što ga čini lakšim za deformaciju.

Ponašanje specifičnog materijala

Tangencijalni pomaci između dijelova i naprezanja koja oni uzrokuju i djeluju zajedno s kompresijom od sile zavarivanja osiguravaju lokalizaciju teške plastične deformacije u malim volumenima u slojevima blizu površine. Cijeli proces je popraćen mljevenjem i mehaničkim uklanjanjem oksidnih filmova i drugih onečišćenja. Ultrazvučno zavarivanje smanjuje čvrstoću tečenja, čime se olakšava plastična deformacija.

Procesne značajke

Ultrazvučno zavarivanje doprinosi stvaranju potrebnih uvjeta za spajanje. To se osigurava mehaničkim vibracijama pretvarača. Energija vibracija stvara složena naprezanja na smicanje, kompresiju i deformaciju. Plastična deformacija nastaje kada se prekorače granice elastičnosti materijala. Dobivanje jake veze osigurava se povećanjem površine izravnog kontakta nakon evakuacije površinskih oksida, organskih i adsorbiranih filmova.

Upotrebom KM

Ultrazvuk se široko koristi u znanstvenom području. Uz njegovu pomoć znanstvenici istražuju brojna fizička svojstvatvari i pojave. U industriji se ultrazvuk koristi za odmašćivanje i čišćenje proizvoda, rad s teško obradivim materijalima. Osim toga, fluktuacije povoljno utječu na kristalizirajuće taline. Ultrazvuk im omogućuje otplinjavanje i pročišćavanje zrna, poboljšavajući mehanička svojstva lijevanih materijala. Vibracije doprinose uklanjanju zaostalih naprezanja. Također se široko koriste za povećanje brzine sporih kemijskih reakcija. Ultrazvučno zavarivanje može se koristiti u različite svrhe. Vibracije mogu postati izvor energije za stvaranje šavnih i točkastih spojeva. Kada je zavareni bazen tijekom kristalizacije izložen ultrazvuku, mehanička svojstva spoja se poboljšavaju zbog pročišćavanja strukture zavara i intenzivnog uklanjanja plinova. Zbog činjenice da vibracije aktivno uklanjaju prljavštinu, umjetne i prirodne filmove, moguće je spojiti dijelove s oksidiranom, lakiranom itd. površinom. Ultrazvuk doprinosi smanjenju ili eliminaciji samonaprezanja koja se pojavljuju tijekom zavarivanja. Zbog vibracija je moguće stabilizirati komponente strukture spoja. To zauzvrat omogućuje sprječavanje mogućnosti naknadne spontane deformacije konstrukcija. Ultrazvučno zavarivanje se u posljednje vrijeme sve više koristi. To je zbog nedvojbenih prednosti ove metode povezivanja u usporedbi s hladnim i kontaktnim metodama. Posebno se često ultrazvučne vibracije koriste u mikroelektronici.

Obećavajući smjersmatra ultrazvučno zavarivanje polimernih materijala. Neki od njih se ne mogu povezati ni na jedan drugi način. U industrijskim poduzećima trenutno se provodi ultrazvučno zavarivanje tankoslojnih aluminijskih profila, folije, žice. Ova metoda je posebno učinkovita za spajanje proizvoda od različitih sirovina. Ultrazvučno zavarivanje aluminija koristi se u proizvodnji kućanskih aparata. Ova metoda je učinkovita kod spajanja pločastih sirovina (nikl, bakar, legure). Ultrazvučno zavarivanje plastike našlo je primjenu u proizvodnji optike i uređaja fine mehanike. Trenutno su stvoreni i uvedeni u proizvodnju strojevi za povezivanje različitih elemenata mikro krugova. Uređaji su opremljeni automatskim uređajima, zbog čega je produktivnost značajno povećana.

Snaga SAD

Ultrazvučno zavarivanje plastike osigurava trajnu vezu zbog kombiniranog djelovanja visokofrekventnih mehaničkih vibracija i relativno male tlačne sile. Ova metoda ima mnogo zajedničkog s hladnom metodom. Ultrazvučna snaga koja se može prenijeti kroz medij ovisit će o fizičkim svojstvima potonjeg. Ako se prekorače granice čvrstoće u zonama kompresije, čvrsti materijal će se srušiti. U sličnim situacijama dolazi do kavitacije u tekućinama, praćene pojavom malih mjehurića i njihovim kasnijim kolapsom. Zajedno s potonjim procesom nastaju lokalni pritisci. Ovaj se fenomen koristi u čišćenju i preradi proizvoda.

čvorovi uređaja

Ultrazvučno zavarivanje plastike vrši se korištenjemspecijalni strojevi. Sadrže sljedeće čvorove:

1. Napajanje.
2. Vibracijski mehanički sustav.
3. Upravljačka oprema.
4. Tlačni pogon.

Oscilatorni sustav se koristi za pretvaranje električne energije u mehaničku energiju za njezin naknadni prijenos do spojnog dijela, koncentrirajući je i dobivajući potrebnu vrijednost brzine emitera. Ovaj čvor sadrži:

1. Elektromehanički pretvarač s namotima. Zatvoren je u metalno kućište i hlađen vodom.
2. Elastični oscilacijski transformator.
3. Savjet za zavarivanje.
4. Podrška s mehanizmom za pritisak.

Sustav je fiksiran pomoću dijafragme. Ultrazvučno zračenje se javlja samo u trenutku zavarivanja. Proces se odvija pod utjecajem vibracija, pritiska primijenjenog pod pravim kutom na površinu i toplinskog učinka.

sposobnosti metode

Ultrazvučno zavarivanje je najučinkovitije za plastične sirovine. Proizvodi od bakra, nikla, zlata, srebra itd. mogu se kombinirati međusobno i s drugim niskoplastičnim proizvodima. Kako se tvrdoća povećava, ultrazvučna zavarljivost se pogoršava. Vatrostalni proizvodi od volframa, niobija, cirkonija, tantala, molibdena učinkovito su povezani uz pomoć ultrazvuka. Ultrazvučno zavarivanje polimera smatra se relativno novom metodom. Takvi se proizvodi također mogu spajati i jedni na druge i na druge čvrste dijelove. Što se tiče metala, može se kombinirati sstaklo, poluvodiči, keramika. Također možete vezati praznine kroz međusloj. Na primjer, čelični proizvodi međusobno su zavareni kroz aluminijsku plastiku. Zbog kratkog boravka pod povišenom temperaturom dobiva se kvalitetan spoj različitih proizvoda. Svojstva sirovina podložna su manjim promjenama. Odsutnost stranih nečistoća jedna je od prednosti koje ima ultrazvučno zavarivanje. Štetni čimbenici za ljude također su odsutni. Pri spajanju stvaraju se povoljni higijenski uvjeti. Veze proizvoda su kemijski homogene.

Značajke veze

Zavarivanje metala se u pravilu izvodi preklapajući. Istodobno se dodaju različiti elementi dizajna. Zavarivanje se može izvesti točkama (jedna ili više), kontinuiranim šavom ili u zatvorenom krugu. U nekim slučajevima, tijekom preliminarne formacije kraja žičane praznine, T-spoj se izvodi s ravninom. Moguće je izvršiti ultrazvučno zavarivanje više materijala istovremeno (paket).

Debljina dijela

Ograničeno je gornjom granicom. S povećanjem debljine metalnog obratka potrebno je primijeniti oscilacije s većom amplitudom. To će nadoknaditi gubitak energije. Povećanje amplitude, pak, moguće je do određene granice. Ograničenja su povezana s vjerojatnošću zamornih pukotina, velikih udubljenja od alata. U takvim slučajevima treba procijeniti kakoultrazvučno zavarivanje bi bilo prikladno. U praksi se metoda koristi za debljine proizvoda od 3…4 µm do 05…1 mm. Zavarivanje se također može koristiti za dijelove promjera 0,01 … 05 mm. Debljina drugog proizvoda može biti znatno veća od prvog.

Mogući problemi

Prilikom primjene metode ultrazvučnog zavarivanja potrebno je uzeti u obzir vjerojatnost zamornog loma postojećih spojeva u proizvodima. Tijekom procesa, izratci se mogu okretati jedan u odnosu na drugi. Kao što je gore spomenuto, udubljenja ostaju na površini materijala od alata. Sam uređaj ima ograničen vijek trajanja, zbog erozije njegove radne ravnine. U nekim je točkama materijal proizvoda zavaren na alat. To dovodi do trošenja uređaja. Popravak opreme prati niz poteškoća. Oni su povezani s činjenicom da sam alat djeluje kao element nerazdvojivog dizajna jedne jedinice, čija su konfiguracija i dimenzije dizajnirane točno za radnu frekvenciju.

Parametri pripreme proizvoda i načina rada

Prije izvođenja ultrazvučnog zavarivanja nije potrebno provoditi nikakve složene mjere s površinom dijelova. Po želji možete povećati stabilnost kvalitete veze. Da biste to učinili, preporučljivo je samo odmastiti proizvod otapalom. Za spajanje duktilnih metala optimalnim se smatra ciklus s kašnjenjem pulsa u odnosu na početak ultrazvuka. Uz relativno veliku tvrdoću proizvoda, preporučljivo je pričekati lagano zagrijavanje prije uključivanja ultrazvuka.

Uzorci zavarivanja

Ima ih nekoliko. Tehnološke sheme ultrazvučnog zavarivanja razlikuju se po prirodi oscilacija alata. Mogu biti torzijski, savijajući, uzdužni. Također, razlikuju se sheme ovisno o prostornom položaju uređaja u odnosu na površinu zavarenog dijela, kao io načinu prijenosa tlačnih sila na proizvode i značajkama dizajna potpornog elementa. Za konturne, šavne i točkaste veze koriste se varijante sa savijanjem i uzdužnim vibracijama. Ultrazvučno djelovanje može se kombinirati s lokalnim impulsnim zagrijavanjem dijelova iz zasebnog izvora topline. U tom se slučaju može postići niz prednosti. Prije svega, možete smanjiti amplitudu oscilacija, kao i snagu i vrijeme njihovog prijenosa. Energetska svojstva toplinskog impulsa i period njegove superpozicije na ultrazvuku djeluju kao dodatni parametri procesa.

Termički efekt

Ultrazvučno zavarivanje je popraćeno povećanjem temperature na spoju. Pojava topline uzrokovana je pojavom trenja na površinama proizvoda u kontaktu, kao i plastičnim deformacijama. Oni, zapravo, prate formiranje zavarenog spoja. Temperatura na području kontakta ovisit će o parametrima čvrstoće. Glavni je stupanj tvrdoće materijala. Osim toga, od velike su važnosti njegova termofizička svojstva: toplinska vodljivost i toplinski kapacitet. Odabrani način zavarivanja također utječe na razinu temperature. Kao što pokazuje praksa, toplinski učinak koji se pojavljuje ne djeluje kao određujući uvjet. toje zbog činjenice da se maksimalna čvrstoća spojeva u proizvodima postiže prije nego što temperatura poraste na graničnu razinu. Moguće je smanjiti trajanje prijenosa ultrazvučnih vibracija predgrijavanjem dijelova. Ovo će također povećati snagu veze.

Zaključak

Ultrazvučno zavarivanje trenutno je nezamjenjiva metoda spajanja dijelova u nekim industrijama. Ova metoda je posebno raširena u mikroelektronici. Ultrazvuk vam omogućuje spajanje raznih plastičnih i tvrdih materijala. Danas se aktivno provodi znanstveni rad na poboljšanju alata i tehnologija zavarivanja.