Заваряване на ултразвукови пластмаси, пластмаси, метали, полимерни материали, алуминиеви профили. Ултразвуково заваряване: технология, вредни фактори

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Ултразвуковото заваряване на метали е процес, по време на който се получава трайно съединение в твърдата фаза. Образуването на ювенилни зони (в които се образуват връзки) и контактът между тях се случват под въздействието на специален инструмент. Осигурява съвместно действие на относителни знакоредуващи се тангенциални премествания с малка амплитуда и нормална сила на натиск върху заготовките. Нека да разгледаме по-отблизо какво представлява технологията за ултразвуково заваряване.

Механизъм за свързване

Размествания с ниска амплитуда се появяват между частите с ултразвукова честота. Поради тях микрограпавините на повърхността на детайлите са подложени на пластична деформация. В същото време замърсителите се евакуират от зоната на свързване. Ултразвуковите механични вибрации се предават към мястото на заваряване от инструмента от външната страна на детайла. Целият процес е организиран по такъв начин, че да се изключи плъзгане на приспособлението и опоратадетайлни повърхности. По време на преминаването на вибрациите през детайла енергията се разсейва. Това се осигурява от външно триене между повърхностите в началния етап на заваряване и вътрешно триене в материала, разположен между опората и инструмента след образуването на зоната на заваряване. Това повишава температурата в ставата, което я прави по-лесна за деформация.

Специфично поведение на материала

Тангенциалните премествания между частите и напреженията, които те причиняват и действат заедно с компресията от силата на заваряване, осигуряват локализация на силна пластична деформация в малки обеми в близките до повърхността слоеве. Целият процес е придружен от смилане и механична евакуация на оксидни филми и други замърсители. Ултразвуковото заваряване намалява границата на провлачване, като по този начин улеснява пластичната деформация.

Процесни функции

Ултразвуковото заваряване допринася за формирането на необходимите условия за свързването. Това се осигурява от механичните вибрации на преобразувателя. Енергията на вибрациите създава сложни напрежения на срязване, компресия и деформация. Пластичната деформация възниква при превишаване на границите на еластичност на материалите. Получаването на здрава връзка се осигурява чрез увеличаване на площта на директен контакт след евакуация на повърхностни оксиди, органични и адсорбирани филми.

Използване на KM

Ултразвукът е широко използван в научната област. С негова помощ учените изследват редица физически свойствавещества и явления. В индустрията ултразвукът се използва за обезмасляване и почистване на продукти, работа с трудни за обработка материали. Освен това флуктуациите влияят благоприятно на кристализиращите стопилки. Ултразвукът им осигурява дегазиране и прецизиране на зърното, подобрявайки механичните свойства на отлятите материали. Вибрациите допринасят за премахването на остатъчните напрежения. Те също така се използват широко за увеличаване на скоростта на бавни химични реакции. Ултразвуковото заваряване може да се използва за различни цели. Вибрациите могат да се превърнат в източник на енергия за образуване на шевни и точкови фуги. Когато заваръчната вана е изложена на ултразвук по време на кристализация, механичните свойства на съединението се подобряват поради усъвършенстването на структурата на заваръчния шев и интензивното отстраняване на газове. Поради факта, че вибрациите активно премахват замърсяванията, изкуствените и естествените филми, е възможно да се свържат части с окислена, лакирана и др. повърхност. Ултразвукът допринася за намаляване или елиминиране на самонапреженията, които се появяват по време на заваряване. Благодарение на вибрациите е възможно да се стабилизират компонентите на структурата на съединението. Това от своя страна позволява да се предотврати възможността за спонтанна деформация на конструкциите впоследствие. Ултразвуковото заваряване напоследък става все по-широко използвано. Това се дължи на несъмнените предимства на този метод на свързване в сравнение със студените и контактните методи. Особено често ултразвуковите вибрации се използват в микроелектрониката.

Обещаваща посокасчита се за ултразвуково заваряване на полимерни материали. Някои от тях не могат да бъдат свързани по друг начин. В промишлените предприятия в момента се извършва ултразвуково заваряване на тънкостенни алуминиеви профили, фолио, тел. Този метод е особено ефективен за свързване на продукти от различни суровини. Ултразвуковото заваряване на алуминий се използва при производството на домакински уреди. Този метод е ефективен при снаждане на листови суровини (никел, мед, сплави). Ултразвуковото заваряване на пластмаси намери приложение в производството на оптика и устройства за фина механика. В момента са създадени и въведени в производство машини за свързване на различни елементи от микросхеми. Устройствата са оборудвани с автоматични устройства, поради което производителността се увеличава значително.

мощност на САЩ

Ултразвуковото заваряване на пластмаса осигурява постоянна връзка поради комбинираното действие на високочестотни механични вибрации и относително малка сила на натиск. Този метод има много общо със студения метод. Ултразвуковата мощност, която може да бъде предадена през средата, ще зависи от физическите свойства на последната. Ако границите на якост в зоните на компресия бъдат превишени, твърдият материал ще се срути. В подобни ситуации възниква кавитация в течности, придружена от появата на малки мехурчета и последващото им срутване. Заедно с последния процес възниква местен натиск. Това явление се използва при почистването и обработката на продукти.

Възли на устройството

Ултразвуковото заваряване на пластмаса се извършва с помощта наспециални машини. Те съдържат следните възли:

1. Захранване.
2. Вибрационна механична система.
3. Управляващо оборудване.
4. Задвижване под налягане.

Осцилаторната система се използва за преобразуване на електрическата енергия в механична енергия за последващото й предаване към съединителната секция, като се концентрира и се получава необходимата стойност на скоростта на излъчвателя. Този възел съдържа:

1. Електромеханичен преобразувател с намотки. Затворен е в метална кутия и се охлажда с вода.
2. Еластичен осцилационен трансформатор.
3. Накрайник за заваряване.
4. Поддръжка с механизъм за натиск.

Системата е фиксирана с помощта на диафрагма. Ултразвуковото излъчване се появява само в момента на заваряване. Процесът протича под въздействието на вибрации, налягане, приложено под прав ъгъл към повърхността, и термичен ефект.

Възможности на метода

Ултразвуковото заваряване е най-ефективно за пластмасови суровини. Продуктите от мед, никел, злато, сребро и др. могат да се комбинират помежду си и с други нископластични продукти. С увеличаване на твърдостта ултразвуковата заваряемост се влошава. Огнеупорните продукти от волфрам, ниобий, цирконий, тантал, молибден са ефективно свързани с помощта на ултразвук. Ултразвуковото заваряване на полимери се счита за сравнително нов метод. Такива продукти също могат да бъдат свързани както един с друг, така и с други твърди части. Що се отнася до метала, той може да се комбинира сстъкло, полупроводници, керамика. Можете също да завържете заготовки през междинен слой. Например, стоманените продукти са заварени един към друг чрез алуминиева пластмаса. Поради краткия престой при повишена температура се получава висококачествено свързване на различни продукти. Свойствата на суровините подлежат на малки промени. Отсъствието на чужди примеси е едно от предимствата, които притежава ултразвуковото заваряване. Вредните фактори за човека също липсват. При свързване се създават благоприятни хигиенни условия. Връзките на продуктите са химически хомогенни.

Функции за свързване

Заваряването на метал се извършва, като правило, по начин на припокриване. В същото време се добавят различни дизайнерски елементи. Заваряването може да се извършва от точки (една или повече), непрекъснат шев или в затворен кръг. В някои случаи, по време на предварителното оформяне на края на заготовката на тел, се прави тройникова връзка с равнината. Възможно е да се извършва ултразвуково заваряване на няколко материала едновременно (пакет).

Дебелина на частта

Ограничено е от горната граница. С увеличаване на дебелината на металния детайл е необходимо да се прилагат трептения с по-голяма амплитуда. Това ще компенсира загубата на енергия. Увеличаването на амплитудата от своя страна е възможно до определена граница. Ограниченията са свързани с вероятността от пукнатини от умора, големи вдлъбнатини от инструмента. В такива случаи трябва да се прецени какултразвуковото заваряване би било подходящо. На практика методът се използва за дебелини на продукта от 3…4 µm до 05…1 mm. Заваряването може да се използва и за части с диаметър 0,01 … 05 mm. Дебелината на втория продукт може да бъде значително по-голяма от първата.

Възможни проблеми

При прилагане на метода на ултразвуково заваряване е необходимо да се вземе предвид вероятността за повреда от умора на съществуващите съединения в продуктите. По време на процеса детайлите могат да се въртят един спрямо друг. Както бе споменато по-горе, на повърхността на материала от инструмента остават вдлъбнатини. Самото устройство има ограничен експлоатационен живот, поради ерозията на работната му равнина. В някои моменти материалът на продукта е заварен към инструмента. Това води до износване на устройството. Ремонтът на оборудването е съпроводен с редица трудности. Те са свързани с факта, че самият инструмент действа като елемент от неразделим единичен дизайн, чиято конфигурация и размери са проектирани точно за работната честота.

Подготовка на продукта и параметри на режима

Преди извършване на ултразвуково заваряване не е необходимо да се извършват сложни мерки с повърхността на частите. Ако желаете, можете да увеличите стабилността на качеството на връзката. За да направите това, препоръчително е само да обезмаслите продукта с разтворител. За свързване на пластични метали цикълът със закъснение на импулса спрямо началото на ултразвука се счита за оптимален. При относително висока твърдост на продукта е препоръчително да изчакате леко нагряване, преди да включите ултразвука.

Модели за заваряване

Има няколко от тях. Технологичните схеми на ултразвуковото заваряване се различават по естеството на трептенията на инструмента. Те могат да бъдат усукващи, огъващи, надлъжни. Също така, схемите се разграничават в зависимост от пространственото положение на устройството спрямо повърхността на заварената част, както и от метода на прехвърляне на сили на натиск върху продуктите и конструктивните характеристики на опорния елемент. За контурни, шевни и точкови връзки се използват варианти с огъване и надлъжни вибрации. Ултразвуковото действие може да се комбинира с локално импулсно нагряване на части от отделен източник на топлина. В този случай могат да бъдат постигнати редица предимства. На първо място, можете да намалите амплитудата на трептенията, както и силата и времето на тяхното предаване. Енергийните свойства на топлинния импулс и периода на неговото наслагване върху ултразвука действат като допълнителни параметри на процеса.

Термичен ефект

Ултразвуковото заваряване е придружено от повишаване на температурата на съединението. Появата на топлина се причинява от появата на триене по повърхностите на контактуващите продукти, както и от пластични деформации. Те всъщност съпътстват образуването на заварено съединение. Температурата в зоната на контакт ще зависи от параметрите на якост. Основната е степента на твърдост на материала. Освен това от голямо значение са неговите топлофизични свойства: топлопроводимост и топлинен капацитет. Избраният режим на заваряване също влияе върху нивото на температурата. Както показва практиката, възникващият топлинен ефект не действа като определящо условие. тосе дължи на факта, че максималната здравина на фугите в продуктите се постига преди температурата да се повиши до граничното ниво. Възможно е да се намали продължителността на предаване на ултразвукови вибрации чрез предварително загряване на частите. Това също ще увеличи силата на връзката.

Заключение

Ултразвуковото заваряване в момента е незаменим метод за съединяване на части в някои индустрии. Този метод е особено разпространен в микроелектрониката. Ултразвукът ви позволява да свързвате различни пластмасови и твърди материали. Днес активно се извършва научна работа за подобряване на заваръчни инструменти и технологии.