Ultraljudssvetsning

Ultraljudssvetsning använder högfrekventa ultraljudsvibrationer som appliceras på sammanfogade delar som sätts ihop under lågt tryck. Denna svetsmetod används oftast för att foga samman termoplaster och när bultning, lödning eller limning inte är lämplig.

Även om ultraljudssvetsning utvecklades redan på 1940-talet, användes den först industriellt i början av 1960-talet för att svetsa fina trådar inom elektronikindustrin. 1963 började ultraljudssvetsning användas för att binda polyeten. Sedan dess har ultraljudssvetsning använts för att svetsa aluminium och tunn plåt inom bilindustrin (tändmoduler, anslutningskablar, ledningar).

Den långsamma processen att inse fördelarna med ultraljudssvetsning i industrin beror på bristen på kraftfull ultraljudsutrustning som kan garantera jämn svetskvalitet även för stora delar.Som ett resultat av detta var forskningen under 1980- och 1990-talen främst inriktad på utveckling av ultraljudsutrustning.

Även om ultraljudssvetsning använder vibrationer, skiljer sig denna metod från "vibrationssvetsning", även känd som friktionssvetsning. Vid vibrationssvetsning hålls en av delarna som ska sammanfogas på plats och den andra oscillerar (genom en elektromagnetisk eller hydraulisk drivning).

Ultraljudssvetsning håller de två delarna på plats och använder högfrekventa ljudvågor för att skapa friktion. Den akustiska energin skapar friktion och producerar värme som resulterar i att delar svetsas på mindre än en sekund, vilket gör ultraljudssvetsning till en av de snabbaste som används idag.

Processen med ultraljudssvetsning är helt automatiserad och utförs på speciella installationer. Principen för ultraljudssvetsning visas i fig. 1, och sammansättningen av en typisk installation visas i fig. 2.

Ris. 1. Princip för ultraljudssvetsning: a — inriktning av delar, b — kontakt mellan delar med spetsen, c — applicering av tryck, d — svetsning, e — fasthållning, f — lyft av spetsen

Ris. 2. Monteringsschema för sonisk svetsning

Generatorn (i en separat enhet) används för att omvandla elektriska vibrationer från nätverket till högfrekventa (20 ... 60 kHz), givaren, med hjälp av piezoelektriska element, omvandlar elektriska vibrationer till akustiska. Förstärkaren och sonotroden är passiva resonanselement i installationen som tjänar till att överföra vibrationer från givaren till delarna.

Vanligtvis är ultraljudssvetsmaskiner utrustade med en uppsättning förstärkare med olika förskjutningstransformationsförhållanden.Formen på sonotroden bestäms av den erforderliga svetskonfigurationen. Längsgående radiella, kant- och andra vågsvängningar skapas beroende på sonotrodens form. Varje söm kräver sin egen sonotrode.

Den fysiska essensen av processen består i uppkomsten av mycket starka vibrationer med liten amplitud vid kontakten mellan två delar. Vibrationer i kombination med tryck tar bort orenheter och oxider från delarnas yta. Elektroner börjar flöda mellan delarna och bildar en metallurgisk söm.

Ultraljudssvetsning är idealisk för att göra elektriska anslutningar, svetsa aluminium och koppar, täta ändarna på kopparrör, svetsa plast, bädda in metalldelar i plast.

Ris. 3. Skarvar gjorda genom ultraljudssvetsning

Ultraljudssvetsning av plast möjliggör mer tillförlitliga fogar än andra metoder. I det här fallet skiljer sig ultraljudssvetsning av plaster fundamentalt från svetsning av metaller.

För det första sker ultraljudssvetsning av metaller med hjälp av tvärgående vibrationer parallellt med de svetsade ytorna. Ultraljudssvetsning av plast använder längsgående vibrationer som är normala (dvs. i rät vinkel) mot ytorna som svetsas. Formen på sonotroderna, som överför ultraljudsvibrationer till metall- och plastsömmar, är också helt annorlunda.

För det andra, vid svetsning av metaller, skapas en söm av ytornas friktionsinteraktion, vilket skapar en styv anslutning utan att smälta materialet.Ultraljudssvetsning av plastdelar bygger på att smälta materialet på samma sätt som många andra traditionella svetsmetoder, såsom bågsvetsning, motstånd eller lasersvetsning), men i mycket lägre temperaturområden.

Ris. 4. Ultraljudssvetsutrustning

Fördelarna med ultraljudssvetsning:

1. Ingen speciell ytrengöring krävs.

2. Ingen skyddande atmosfär krävs.

3. Inga svetstillsatser (tråd, elektroder, lod etc.) krävs.

4. Låg strömförbrukning.

5. Kort skarvningstid för att bilda en fog (cirka en kvarts sekund).

6. Full automatisering av svetsprocessen och möjlighet till enkel integration med andra produktionsprocesser.

7. Möjlighet att svetsa material av olika karaktär, inklusive sådana som är känsliga för höga temperaturer, eftersom en liten mängd värme genereras vid svetsning.

8. Svetsning av alla möjliga detaljer.

9. Svetsarna som skapas av denna process är visuellt tilltalande, snygga.

10. Ultraljudssvetsning använder inte frätande kemikalier och producerar en liten mängd ångor, till skillnad från andra metoder.

Begränsningar för ultraljudssvetsning:

1. Den allvarligaste begränsningen i användningen av ultraljudssvetsning är storleken på de svetsade delarna - inte mer än 250 mm. Detta beror på begränsningarna i givarens uteffekt, oförmågan hos sonotroden att sända ultraljudsvågor med mycket hög effekt och svårigheten att kontrollera amplituden.

2. Ultraljudssvetsning kräver också lägre fukthalt i materialen som ska fogas.Annars är vibrationssvetsning att föredra.

3. Ultraljudssvetsning är inte effektiv för sammanfogning av tjockväggiga material. Minst en av delarna som ska anslutas måste vara ljus, eftersom den "absorberar" en enorm mängd energi.