Varjenje ultrazvočne plastike, plastike, kovine, polimernih materialov, aluminijastih profilov. Ultrazvočno varjenje: tehnologija, škodljivi dejavniki

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Ultrazvočno varjenje kovin je postopek, med katerim se v trdni fazi pridobi trajni spoj. Pod vplivom posebnega orodja pride do tvorbe juvenilnih območij (v katerih se tvorijo vezi) in stika med njimi. Zagotavlja skupno delovanje relativnih predznak izmeničnih tangencialnih premikov majhne amplitude in tlačne normalne sile na surovce. Oglejmo si podrobneje, kaj je tehnologija ultrazvočnega varjenja.

Priključni mehanizem

Med deli z ultrazvočno frekvenco se pojavijo premiki z nizko amplitudo. Zaradi njih so mikrohrapavosti na površini delov izpostavljene plastični deformaciji. Hkrati se onesnaževalci evakuirajo iz priključnega območja. Ultrazvočne mehanske vibracije se prenašajo na mesto varjenja z orodja na zunanji strani obdelovanca. Celoten postopek je organiziran tako, da izključuje zdrs pritrditve in podporepovršine detajlov. Med prehodom vibracij skozi obdelovanec se energija razprši. To je zagotovljeno z zunanjim trenjem med površinami v začetni fazi varjenja in notranjim trenjem v materialu, ki se nahaja med nosilcem in orodjem po nastanku območja za nastavitev. To zviša temperaturo v sklepu, kar olajša deformacijo.

Posebno obnašanje materiala

Tangencialni premiki med deli in napetosti, ki jih povzročajo in delujejo skupaj s stiskanjem zaradi varilne sile, zagotavljajo lokalizacijo hude plastične deformacije v majhnih količinah v blizu površinskih plasteh. Celoten postopek spremlja mletje in mehansko odstranjevanje oksidnih filmov in drugih onesnaževal. Ultrazvočno varjenje zmanjša mejo tečenja in s tem olajša plastično deformacijo.

Procesne funkcije

Ultrazvočno varjenje prispeva k oblikovanju potrebnih pogojev za povezavo. To zagotavljajo mehanske vibracije pretvornika. Energija tresljajev ustvarja kompleksne strižne, stiskalne in deformacijske napetosti. Plastična deformacija se pojavi, ko so presežene meje elastičnosti materialov. Pridobitev močne povezave je zagotovljena s povečanjem površine neposrednega stika po evakuaciji površinskih oksidov, organskih in adsorbiranih filmov.

Uporaba KM

Ultrazvok se pogosto uporablja na znanstvenem področju. Z njegovo pomočjo znanstveniki raziskujejo številne fizikalne lastnostisnovi in pojavi. V industriji se ultrazvok uporablja za razmaščevanje in čiščenje izdelkov, delo z materiali, ki jih je težko obdelati. Poleg tega nihanja ugodno vplivajo na kristalizirajoče taline. Ultrazvok jim zagotavlja razplinjevanje in prečiščevanje zrn ter izboljša mehanske lastnosti litih materialov. Vibracije prispevajo k odstranitvi preostalih napetosti. Pogosto se uporabljajo tudi za povečanje hitrosti počasnih kemičnih reakcij. Ultrazvočno varjenje se lahko uporablja za različne namene. Vibracije lahko postanejo vir energije za tvorbo šivnih in točkovnih spojev. Ko je varilni bazen med kristalizacijo izpostavljen ultrazvoku, se zaradi izpopolnjevanja strukture zvara in intenzivnega odstranjevanja plinov izboljšajo mehanske lastnosti spoja. Zaradi dejstva, da vibracije aktivno odstranjujejo umazanijo, umetne in naravne filme, je mogoče dele povezati z oksidirano, lakirano itd. površino. Ultrazvok prispeva k zmanjšanju ali odpravi samonapetosti, ki se pojavijo med varjenjem. Zaradi tresljajev je mogoče stabilizirati komponente strukture spojine. To pa omogoča preprečitev možnosti naknadne spontane deformacije konstrukcij. Ultrazvočno varjenje se v zadnjem času vse bolj uporablja. To je posledica nedvomnih prednosti te metode povezave v primerjavi s hladnimi in kontaktnimi metodami. Še posebej pogosto se ultrazvočne vibracije uporabljajo v mikroelektroniki.

Obetavna smervelja za ultrazvočno varjenje polimernih materialov. Nekaterih od njih ni mogoče povezati na noben drug način. V industrijskih podjetjih se trenutno izvaja ultrazvočno varjenje tankostenskih aluminijastih profilov, folije, žice. Ta metoda je še posebej učinkovita pri spajanju izdelkov iz različnih surovin. Ultrazvočno varjenje aluminija se uporablja pri izdelavi gospodinjskih aparatov. Ta metoda je učinkovita pri spajanju pločevinastih surovin (nikelj, baker, zlitine). Ultrazvočno varjenje plastičnih mas je našlo uporabo v proizvodnji optičnih in finih mehaničnih naprav. Trenutno so bili ustvarjeni in uvedeni v proizvodnjo stroji za povezovanje različnih elementov mikrovezij. Naprave so opremljene z avtomatskimi napravami, zaradi katerih se produktivnost znatno poveča.

ameriška moč

Ultrazvočno varjenje plastike zagotavlja trajno povezavo zaradi kombiniranega delovanja visokofrekvenčnih mehanskih vibracij in relativno majhne tlačne sile. Ta metoda ima veliko skupnega s hladno metodo. Ultrazvočna moč, ki se lahko prenaša skozi medij, bo odvisna od fizikalnih lastnosti slednjega. Če so meje trdnosti v območjih stiskanja presežene, se bo trden material sesul. V podobnih situacijah se v tekočinah pojavi kavitacija, ki jo spremlja pojav majhnih mehurčkov in njihov kasnejši kolaps. Skupaj s slednjim procesom nastajajo lokalni pritiski. Ta pojav se uporablja pri čiščenju in predelavi izdelkov.

Vozlišča naprave

Ultrazvočno varjenje plastike se izvaja z uporaboposebne stroje. Vsebujejo naslednja vozlišča:

1. Napajanje.
2. Vibracijski mehanski sistem.
3. Nadzorna oprema.
4. Tlačni pogon.

Oscilatorni sistem se uporablja za pretvorbo električne energije v mehansko energijo za njen kasnejši prenos do priključnega odseka, njeno koncentriranje in pridobivanje zahtevane vrednosti hitrosti oddajnika. To vozlišče vsebuje:

1. Elektromehanski pretvornik z navitji. Zaprt je v kovinsko ohišje in ohlajen z vodo.
2. Elastični nihajni transformator.
3. Nasvet za varjenje.
4. Podpora s tlačnim mehanizmom.

Sistem je pritrjen z diafragmo. Ultrazvočno sevanje se pojavi le v trenutku varjenja. Proces poteka pod vplivom tresljajev, pritiska pod pravim kotom na površino in toplotnega učinka.

Zmogljivosti metode

Ultrazvočno varjenje je najučinkovitejše za plastične surovine. Izdelke iz bakra, niklja, zlata, srebra itd. lahko kombiniramo med seboj in z drugimi izdelki z nizko plastiko. Ko se trdota poveča, se ultrazvočna varljivost poslabša. Ognjevarni izdelki iz volframa, niobija, cirkonija, tantala, molibdena so učinkovito povezani s pomočjo ultrazvoka. Ultrazvočno varjenje polimerov velja za relativno novo metodo. Takšne izdelke je mogoče tudi povezati tako med seboj kot z drugimi trdnimi deli. Kar se tiče kovine, jo je mogoče kombinirati zsteklo, polprevodniki, keramika. Praznine lahko povežete tudi skozi vmesni sloj. Na primer, jekleni izdelki so med seboj varjeni skozi aluminijasto plastiko. Zaradi kratkega bivanja pri povišani temperaturi dobimo kakovostno povezavo različnih izdelkov. Lastnosti surovin so podvržene manjšim spremembam. Odsotnost tujih nečistoč je ena od prednosti, ki jih ima ultrazvočno varjenje. Prav tako so odsotni škodljivi dejavniki za človeka. Ob povezavi se ustvarijo ugodne higienske razmere. Vezi izdelkov so kemično homogene.

Povezovalne funkcije

Varjenje kovin se praviloma izvaja prekrivno. Hkrati so dodani različni elementi oblikovanja. Varjenje se lahko izvaja s točkami (ena ali več), neprekinjenim šivom ali v zaprtem krogu. V nekaterih primerih se med predhodnim oblikovanjem konca žične praznine izvede povezava T z ravnino. Možno je ultrazvočno varjenje več materialov hkrati (paket).

Debelina dela

Omejen je z zgornjo mejo. S povečanjem debeline kovinskega obdelovanca je treba uporabiti nihanja z večjo amplitudo. To bo nadomestilo izgubo energije. Povečanje amplitude pa je možno do določene meje. Omejitve so povezane z verjetnostjo utrujenih razpok, velikimi udrtinami orodja. V takih primerih je treba oceniti, kakoultrazvočno varjenje bi bilo primerno. V praksi se metoda uporablja za debeline izdelkov od 3…4 µm do 05…1 mm. Varjenje se lahko uporablja tudi za dele s premerom 0,01 … 05 mm. Debelina drugega izdelka je lahko bistveno večja od prvega.

Možne težave

Pri uporabi metode ultrazvočnega varjenja je treba upoštevati verjetnost utrujenosti obstoječih spojev v izdelkih. Med postopkom se lahko obdelovanci obračajo drug glede na drugega. Kot je navedeno zgoraj, na površini materiala iz orodja ostanejo vdolbine. Sama naprava ima omejeno življenjsko dobo zaradi erozije njene delovne ravnine. Na nekaterih mestih je material izdelka privarjen na orodje. To vodi do obrabe naprave. Popravilo opreme spremljajo številne težave. Povezani so z dejstvom, da orodje samo deluje kot element neločljive zasnove ene enote, katere konfiguracija in dimenzije so zasnovane natančno za delovno frekvenco.

Parametri priprave izdelka in načina

Pred izvajanjem ultrazvočnega varjenja ni treba izvajati nobenih zapletenih ukrepov s površino delov. Po želji lahko povečate stabilnost kakovosti povezave. Če želite to narediti, je priporočljivo le, da izdelek razmastite s topilom. Za spajanje duktilnih kovin se cikel z zakasnitvijo impulza glede na začetek ultrazvoka šteje za optimalnega. Pri relativno visoki trdoti izdelka je priporočljivo počakati na rahlo segrevanje, preden vklopite ultrazvok.

Varilni vzorci

Več jih je. Tehnološke sheme ultrazvočnega varjenja se razlikujejo po naravi nihanja orodja. Lahko so torzijske, upogibne, vzdolžne. Tudi sheme se razlikujejo glede na prostorski položaj naprave glede na površino varjenega dela, pa tudi od načina prenosa tlačnih sil na izdelke in oblikovnih značilnosti nosilnega elementa. Za konturne, šivne in točkovne povezave se uporabljajo variante z upogibom in vzdolžnimi vibracijami. Ultrazvočno delovanje je mogoče kombinirati z lokalnim impulznim segrevanjem delov iz ločenega vira toplote. V tem primeru je mogoče doseči številne prednosti. Najprej lahko zmanjšate amplitudo nihanj, pa tudi moč in čas njihovega prenosa. Energetske lastnosti toplotnega impulza in obdobje njegove superpozicije na ultrazvoku delujejo kot dodatni parametri procesa.

Termični učinek

Ultrazvočno varjenje spremlja zvišanje temperature na spoju. Pojav toplote je posledica pojava trenja na površinah kontaktnih izdelkov, pa tudi zaradi plastičnih deformacij. Pravzaprav spremljajo nastanek varjenega spoja. Temperatura na kontaktnem območju bo odvisna od parametrov trdnosti. Glavna je stopnja trdote materiala. Poleg tega so zelo pomembne njegove termofizične lastnosti: toplotna prevodnost in toplotna zmogljivost. Izbrani način varjenja vpliva tudi na temperaturo. Kot kaže praksa, nastajajoči toplotni učinek ne deluje kot odločilni pogoj. toje posledica dejstva, da je največja trdnost spojev v izdelkih dosežena, preden se temperatura dvigne na mejno raven. Trajanje prenosa ultrazvočnih vibracij je mogoče skrajšati s predgrevanjem delov. To bo povečalo tudi moč povezave.

Sklep

Ultrazvočno varjenje je trenutno nepogrešljiva metoda spajanja delov v nekaterih panogah. Ta metoda je še posebej razširjena v mikroelektroniki. Ultrazvok vam omogoča povezovanje različnih plastičnih in trdih materialov. Danes se aktivno izvaja znanstveno delo za izboljšanje orodij in tehnologij za varjenje.