Zavarivanje ultrazvučne plastike, plastike, metala, polimernih materijala, aluminijumskih profila. Ultrazvučno zavarivanje: tehnologija, štetni faktori

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Ultrazvučno zavarivanje metala je proces tokom kojeg se dobija trajni spoj u čvrstoj fazi. Formiranje juvenilnih područja (u kojima se stvaraju veze) i kontakt između njih nastaju pod utjecajem posebnog alata. Osigurava zajedničko djelovanje relativnih predznak naizmjeničnih tangencijalnih pomaka male amplitude i tlačne normalne sile na zazore. Pogledajmo bliže šta je tehnologija ultrazvučnog zavarivanja.

Mehanizam za povezivanje

Pomaci niske amplitude javljaju se između dijelova sa ultrazvučnom frekvencijom. Zbog njih su mikrohrapavosti na površini dijelova podvrgnute plastičnoj deformaciji. Istovremeno, zagađivači se evakuišu iz zone priključka. Ultrazvučne mehaničke vibracije se prenose na mjesto zavarivanja sa alata na vanjskoj strani obratka. Cijeli proces je organiziran na način da se isključi klizanje učvršćenja i nosačapovršine detalja. Tokom prolaska vibracija kroz radni predmet, energija se rasipa. 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. Ovo 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 sa kompresijom od sile zavarivanja osiguravaju lokalizaciju teške plastične deformacije u malim količinama u slojevima koji se nalaze blizu površine. Cijeli proces prati mljevenje i mehanička evakuacija oksidnih filmova i drugih zagađivača. Ultrazvučno zavarivanje smanjuje granicu tečenja, čime se olakšava plastična deformacija.

Funkcije procesa

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

Upotrebom KM

Ultrazvuk se široko koristi u naučnoj oblasti. Uz njegovu pomoć, naučnici istražuju brojna fizička svojstvasupstance i pojave. U industriji se ultrazvuk koristi za odmašćivanje i čišćenje proizvoda, rad sa materijalima koji se teško obrađuju. Osim toga, fluktuacije povoljno utiču na kristalizirajuće taline. Ultrazvuk im omogućava otplinjavanje i prečišćavanje zrna, poboljšavajući mehanička svojstva livenih materijala. Vibracije doprinose uklanjanju zaostalih naprezanja. Takođe se široko koriste za povećanje brzine sporih hemijskih reakcija. Ultrazvučno zavarivanje može se koristiti u različite svrhe. Vibracije mogu postati izvor energije za formiranje šavnih i točkastih spojeva. Kada je zavareni bazen izložen ultrazvuku tokom kristalizacije, mehanička svojstva spoja se poboljšavaju zbog prefinjenosti strukture zavara i intenzivnog uklanjanja gasova. Zbog činjenice da vibracije aktivno uklanjaju prljavštinu, umjetne i prirodne filmove, moguće je spojiti dijelove sa oksidiranom, lakiranom itd. površinom. Ultrazvuk doprinosi smanjenju ili eliminaciji samonaprezanja koja se javljaju tokom zavarivanja. Zbog vibracija je moguće stabilizirati komponente strukture smjese. To, pak, omogućava da se spriječi mogućnost naknadne spontane deformacije konstrukcija. Ultrazvučno zavarivanje se u posljednje vrijeme sve više koristi. To je zbog nesumnjivih prednosti ove metode povezivanja u odnosu na hladne i kontaktne metode. Posebno često se 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 vrši ultrazvučno zavarivanje tankozidnih 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 primenu u proizvodnji uređaja za optiku i finu mehaniku. Trenutno su kreirane i uvedene u proizvodnju mašine za povezivanje različitih elemenata mikrokola. Uređaji su opremljeni automatskim uređajima, zbog čega je produktivnost značajno povećana.

Snaga SAD

Ultrazvučno zavarivanje plastike obezbeđuje trajnu vezu zahvaljujući kombinovanom delovanju visokofrekventnih mehaničkih vibracija i relativno male sile pritiska. Ova metoda ima mnogo zajedničkog sa 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 fenomen se koristi u čišćenju i preradi proizvoda.

Čvorovi uređaja

Ultrazvučno zavarivanje plastike se vrši pomoćuspecijalne mašine. Sadrže sljedeće čvorove:

1. Napajanje.
2. Vibracioni mehanički sistem.
3. Kontrolna oprema.
4. Pogon pod pritiskom.

Oscilatorni sistem se koristi za pretvaranje električne energije u mehaničku energiju za njen naknadni prenos do priključne sekcije, koncentrišući je i dobijajući potrebnu vrijednost brzine emitera. Ovaj čvor sadrži:

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

Sistem je fiksiran pomoću dijafragme. Ultrazvučno zračenje se javlja samo u trenutku zavarivanja. Proces se odvija pod uticajem vibracija, pritiska primenjenog pod pravim uglom na površinu i termičkog efekta.

Mogućnosti metode

Ultrazvučno zavarivanje je najefikasnije za plastične sirovine. Proizvodi od bakra, nikla, zlata, srebra itd. mogu se kombinovati međusobno i sa drugim niskoplastičnim proizvodima. Kako se tvrdoća povećava, ultrazvučna zavarljivost se pogoršava. Vatrostalni proizvodi od volframa, niobijuma, cirkonija, tantala, molibdena efikasno su povezani uz pomoć ultrazvuka. Ultrazvučno zavarivanje polimera smatra se relativno novom metodom. Takvi proizvodi se također mogu spajati i jedni na druge i na druge čvrste dijelove. Što se tiče metala, može se kombinovati sastaklo, poluprovodnici, keramika. Također možete vezati praznine kroz međusloj. Na primjer, čelični proizvodi su međusobno zavareni kroz aluminijsku plastiku. Zbog kratkog boravka pod povišenom temperaturom, dobija se kvalitetan spoj različitih proizvoda. Svojstva sirovina su podložna manjim promjenama. Odsustvo stranih nečistoća jedna je od prednosti koju ima ultrazvučno zavarivanje. Štetni faktori za ljude također su odsutni. Pri spajanju stvaraju se povoljni higijenski uslovi. Veze proizvoda su hemijski homogene.

Karakteristike veze

Zavarivanje metala se po pravilu vrši preklapajućim načinom. Istovremeno se dodaju različiti elementi dizajna. Zavarivanje se može izvoditi točkama (jedna ili više), kontinuiranim šavom ili u zatvorenom krugu. U nekim slučajevima, prilikom preliminarnog formiranja kraja žičane praznine, vrši se T-veza sa 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 veće amplitude. Ovo će nadoknaditi gubitak energije. Povećanje amplitude, zauzvrat, 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 može koristiti i za dijelove prečnika 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 vjerovatnoću zamornog loma postojećih spojeva u proizvodima. Tokom procesa, predmeti 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 ravni. Na nekim mjestima, materijal proizvoda je zavaren za alat. To dovodi do habanja uređaja. Popravku opreme prati niz poteškoća. Oni su povezani sa činjenicom da sam alat djeluje kao element nerazdvojivog dizajna jedne jedinice, čija su konfiguracija i dimenzije dizajnirane tačno za radnu frekvenciju.

Priprema proizvoda i parametri načina rada

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

Uzorci zavarivanja

Ima ih nekoliko. Tehnološke sheme ultrazvučnog zavarivanja razlikuju se po prirodi oscilacija alata. Mogu biti torzione, savijajuće, uzdužne. Također, razlikuju se sheme ovisno o prostornom položaju uređaja u odnosu na površinu zavarenog dijela, kao io načinu prijenosa tlačnih sila na proizvode i dizajnerskim značajkama 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 ovom slučaju se može postići niz prednosti. Prije svega, možete smanjiti amplitudu oscilacija, kao i snagu i vrijeme njihovog prijenosa. Energetska svojstva termičkog impulsa i period njegove superpozicije na ultrazvuku djeluju kao dodatni parametri procesa.

Termički efekat

Ultrazvučno zavarivanje je praćeno 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 stepen tvrdoće materijala. Osim toga, od velike su važnosti njegova termofizička svojstva: toplotna provodljivost i toplotni kapacitet. Odabrani način zavarivanja također utiče na nivo temperature. Kao što pokazuje praksa, toplinski efekat koji se pojavljuje ne djeluje kao odlučujući uvjet. toje zbog činjenice da se maksimalna čvrstoća spojeva u proizvodima postiže prije nego što temperatura poraste na granični nivo. Moguće je smanjiti trajanje prijenosa ultrazvučnih vibracija predgrijavanjem dijelova. Ovo će također povećati snagu veze.

Zaključak

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