Ultralydsveising

Ultralydsveising bruker høyfrekvente ultrasoniske akustiske vibrasjoner som påføres sammenføyde deler som er satt sammen under lavt trykk. Denne sveisemetoden brukes oftest til å skjøte termoplast og når bolting, lodding eller liming ikke er egnet.

Selv om ultralydsveising ble utviklet allerede på 1940-tallet, ble den først brukt industrielt på begynnelsen av 1960-tallet for å sveise fine ledninger i elektronikkindustrien. I 1963 begynte ultralydsveising å bli brukt for å binde polyetylen. Siden den gang har ultralydsveising blitt brukt til å sveise aluminium og tynne metallplater i bilindustrien (tenningsmoduler, terminalledninger, ledninger).

Den langsomme prosessen med å erkjenne fordelene med ultralydsveising i industrien skyldes mangelen på kraftig ultralydutstyr som kan garantere jevn sveisekvalitet selv for store deler.Som et resultat av dette var forskningen på 1980- og 1990-tallet hovedsakelig fokusert på utvikling av ultralydutstyr.

Selv om ultralydsveising bruker vibrasjoner, er denne metoden forskjellig fra "vibrasjonssveising", også kjent som friksjonssveising. Ved vibrasjonssveising holdes en av delene som skal sammenføyes på plass og den andre oscillerer (ved hjelp av en elektromagnetisk eller hydraulisk drift).

Ultralydsveising holder de to delene på plass og bruker høyfrekvente lydbølger for å skape friksjon. Den akustiske energien skaper friksjon og produserer varme som resulterer i at deler sveises på mindre enn et sekund, noe som gjør ultralydsveising til en av de raskeste i bruk i dag.

Prosessen med ultralydsveising er helautomatisert og utføres på spesielle installasjoner. Prinsippet for ultralydsveising er vist i fig. 1, og sammensetningen av en typisk installasjon er vist i fig. 2.

Ris. 1. Prinsipp for ultralydsveising: a — innretting av deler, b — kontakt mellom deler og spissen, c — påføring av trykk, d — sveising, e — holding, f — løfting av spissen

Ris. 2. Monteringsskjema for sonisk sveising

Generatoren (i en separat enhet) brukes til å konvertere elektriske vibrasjoner fra nettverket til høyfrekvente (20 ... 60 kHz), transduseren, ved hjelp av piezoelektriske elementer, konverterer elektriske vibrasjoner til akustiske. Forsterkeren og sonotroden er passive resonanselementer i installasjonen som tjener til å overføre vibrasjoner fra transduseren til delene.

Vanligvis er ultralydsveisemaskiner utstyrt med et sett med forsterkere med forskjellige forskyvningstransformasjonsforhold.Formen på sonotroden bestemmes av den nødvendige sveisekonfigurasjonen. Langsgående radielle, kant- og andre bølgesvingninger skapes avhengig av formen på sonotroden. Hver søm krever sin egen sonotrode.

Den fysiske essensen av prosessen består i utseendet av veldig sterke vibrasjoner med liten amplitude ved kontakten mellom to deler. Vibrasjon kombinert med trykk fjerner urenheter og oksider fra overflaten av delene. Elektroner begynner å strømme mellom delene og danner en metallurgisk søm.

Ultralydsveising er ideell for å lage elektriske koblinger, sveise aluminium og kobber, tette endene av kobberrør, sveise plast, innstøpe metalldeler i plast.

Ris. 3. Skjøter laget ved ultralydsveising

Ultralydsveising av plast gir mer pålitelige skjøter enn andre metoder. I dette tilfellet er ultralydsveising av plast fundamentalt forskjellig fra sveising av metaller.

For det første skjer ultralydsveising av metaller ved hjelp av tverrgående vibrasjoner parallelt med de sveisede overflatene. Ultralydsveising av plast bruker langsgående vibrasjoner som er normale (dvs. i rette vinkler) til overflatene som sveises. Formen på sonotrodene, som overfører ultralydvibrasjoner til metall- og plastsømmer, er også helt annerledes.

For det andre, ved sveising av metaller, skapes en søm av friksjonsinteraksjonen mellom overflatene, noe som skaper en stiv forbindelse uten å smelte materialet.Ultralydsveising av plastdeler er basert på å smelte materialet på samme måte som mange andre tradisjonelle sveisemetoder, som lysbuesveising, motstand eller lasersveising), men i mye lavere temperaturområder.

Ris. 4. Ultralydsveiseutstyr

Fordelene med ultralydsveising:

1. Ingen spesiell overflaterengjøring er nødvendig.

2. Ingen beskyttende atmosfære er nødvendig.

3. Ingen sveisetilsetningsmaterialer (tråd, elektroder, loddetinn osv.) kreves.

4. Lavt strømforbruk.

5. Kort skjøtetid for å danne en skjøt (ca. et kvarters).

6. Full automatisering av sveiseprosessen og mulighet for enkel integrasjon med andre produksjonsprosesser.

7. Mulighet for sveisematerialer av forskjellig natur, inkludert de som er følsomme for høye temperaturer, siden en liten mengde varme genereres under sveising.

8. Sveising av alle slags detaljer.

9. Sveisene laget av denne prosessen er visuelt tiltalende, pene.

10. Ultralydsveising bruker ikke etsende kjemikalier og produserer en liten mengde røyk, i motsetning til andre metoder.

Begrensninger ved ultralydsveising:

1. Den mest alvorlige begrensningen ved bruk av ultralydsveising er størrelsen på de sveisede delene - ikke mer enn 250 mm. Dette skyldes begrensningene i utgangseffekten til transduseren, sonotrodens manglende evne til å overføre ultralydbølger med svært høy effekt, og vanskeligheten med å kontrollere amplituden.

2. Ultralydsveising krever også et lavere fuktinnhold i materialene som skjøtes.Ellers foretrekkes vibrasjonssveising.

3. Ultralydsveising er ikke effektivt for sammenføyning av tykkveggede materialer. Minst en av delene som skal kobles sammen må være lys, da den «absorberer» en enorm mengde energi.