Ultralydssvejsning

Ultralydssvejsning bruger højfrekvente ultralyds akustiske vibrationer, der påføres sammenføjede dele, der er samlet under lavt tryk. Denne svejsemetode bruges oftest til at samle termoplast og når boltning, lodning eller limning ikke er egnet.

Selvom ultralydssvejsning blev udviklet allerede i 1940'erne, blev den først brugt industrielt i begyndelsen af ​​1960'erne til at svejse fine tråde i elektronikindustrien. I 1963 begyndte ultralydssvejsning at blive brugt til at binde polyethylen. Siden da er ultralydssvejsning blevet brugt til at svejse aluminium og tynde metalplader i bilindustrien (tændingsmoduler, terminalledninger, ledninger).

Den langsomme proces med at erkende fordelene ved ultralydssvejsning i industrien skyldes manglen på kraftfuldt ultralydsudstyr, der kan garantere ensartet svejsekvalitet selv for store dele.Som følge heraf var forskningen i 1980'erne og 1990'erne hovedsageligt fokuseret på udvikling af ultralydsudstyr.

Selvom ultralydssvejsning bruger vibrationer, er denne metode forskellig fra "vibrationssvejsning", også kendt som friktionssvejsning. I tilfælde af vibrationssvejsning holdes en af ​​delene, der skal sammenføjes, på plads, og den anden oscillerer (ved hjælp af et elektromagnetisk eller hydraulisk drev).

Ultralydssvejsning holder de to dele på plads og bruger højfrekvente lydbølger til at skabe friktion. Den akustiske energi skaber friktion og producerer varme, der resulterer i, at dele bliver svejset på mindre end et sekund, hvilket gør ultralydssvejsning til en af ​​de hurtigste i brug i dag.

Processen med ultralydssvejsning er fuldautomatisk og udføres på specielle installationer. Princippet for ultralydssvejsning er vist i fig. 1, og sammensætningen af ​​en typisk installation er vist i fig. 2.

Ris. 1. Princip for ultralydssvejsning: a — justering af dele, b — kontakt mellem dele med spidsen, c — påføring af tryk, d — svejsning, e — fastholdelse, f — løft af spidsen

Ris. 2. Samlediagram for sonisk svejsning

Generatoren (i en separat enhed) bruges til at konvertere elektriske vibrationer fra netværket til højfrekvente (20 ... 60 kHz), transduceren, ved hjælp af piezoelektriske elementer, konverterer elektriske vibrationer til akustiske. Forstærkeren og sonotroden er passive resonanselementer i installationen, der tjener til at overføre vibrationer fra transduceren til delene.

Typisk er ultralydssvejsemaskiner udstyret med et sæt forstærkere med forskellige forskydningstransformationsforhold.Sonotrodens form bestemmes af den nødvendige svejsekonfiguration. Langsgående radiale, kant- og andre bølgesvingninger skabes afhængigt af sonotrodens form. Hver søm kræver sin egen sonotrode.

Den fysiske essens af processen består i fremkomsten af ​​meget stærke vibrationer med lille amplitude ved kontakten mellem to dele. Vibration kombineret med tryk fjerner urenheder og oxider fra overfladen af ​​delene. Elektroner begynder at strømme mellem delene og danner en metallurgisk søm.

Ultralydssvejsning er ideel til at lave elektriske forbindelser, svejsning af aluminium og kobber, tætning af enderne af kobberrør, svejsning af plast, indstøbning af metaldele i plast.

Ris. 3. Samlinger fremstillet ved ultralydssvejsning

Ultralydssvejsning af plast muliggør mere pålidelige samlinger end andre metoder. I dette tilfælde er ultralydssvejsning af plast fundamentalt forskellig fra svejsning af metaller.

For det første sker ultralydssvejsning af metaller ved hjælp af tværgående vibrationer parallelt med de svejsede overflader. Ultralydssvejsning af plast anvender langsgående vibrationer, der er normale (dvs. i rette vinkler) på de overflader, der svejses. Formen på sonotroderne, som overfører ultralydsvibrationer til metal- og plastsømme, er også helt anderledes.

For det andet, ved svejsning af metaller, skabes en søm ved friktionsinteraktionen mellem overfladerne, hvilket skaber en stiv forbindelse uden at smelte materialet.Ultralydssvejsning af plastdele er baseret på at smelte materialet på samme måde som mange andre traditionelle svejsemetoder, såsom lysbuesvejsning, modstand eller lasersvejsning), men i meget lavere temperaturområder.

Ris. 4. Ultralydssvejseudstyr

Fordelene ved ultralydssvejsning:

1. Der kræves ingen speciel overfladerengøring.

2. Ingen beskyttende atmosfære påkrævet.

3. Der kræves ingen svejsetilbehør (tråd, elektroder, lodning osv.).

4. Lavt strømforbrug.

5. Kort splejsningstid for at danne en samling (ca. et kvarters sekund).

6. Fuld automatisering af svejseprocessen og mulighed for nem integration med andre produktionsprocesser.

7. Mulighed for svejsematerialer af forskellig art, inklusive dem, der er følsomme over for høje temperaturer, da der dannes en lille mængde varme under svejsningen.

8. Svejsning af alle slags detaljer.

9. Svejsningerne skabt af denne proces er visuelt tiltalende, pæne.

10. Ultralydssvejsning bruger ikke ætsende kemikalier og producerer en lille mængde dampe i modsætning til andre metoder.

Begrænsninger ved ultralydssvejsning:

1. Den mest alvorlige begrænsning i brugen af ​​ultralydssvejsning er størrelsen af ​​de svejste dele - ikke mere end 250 mm. Dette skyldes begrænsningerne i transducerens udgangseffekt, sonotrodens manglende evne til at transmittere ultralydsbølger med meget høj effekt og vanskeligheden ved at kontrollere amplituden.

2. Ultralydssvejsning kræver også et lavere fugtindhold i de materialer, der samles.Ellers foretrækkes vibrationssvejsning.

3. Ultralydssvejsning er ikke effektiv til sammenføjning af tykvæggede materialer. Mindst en af ​​delene, der skal forbindes, skal være lys, da den «absorberer» en enorm mængde energi.