Ultrahangos műanyagok, műanyagok, fémek, polimer anyagok, alumínium profilok hegesztése. Ultrahangos hegesztés: technológia, káros tényezők

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Fémek ultrahangos hegesztése olyan folyamat, amelynek során szilárd fázisban állandó kötés jön létre. A fiatalkori területek kialakulása (amelyekben kötések alakulnak ki) és a köztük lévő érintkezés speciális eszköz hatására történik. Ez biztosítja a kis amplitúdójú relatív előjel-váltakozó érintőleges elmozdulások és a nyomó normálerő együttes hatását a nyersdarabokon. Nézzük meg közelebbről, mi az ultrahangos hegesztési technológia.

Csatlakozási mechanizmus

Alacsony amplitúdójú elmozdulások lépnek fel az ultrahangfrekvenciás részek között. Emiatt az alkatrészek felületén lévő mikroegyenetlenségek plasztikus deformációnak vannak kitéve. Ezzel egyidejűleg a csatlakozási zónából kiürítik a szennyeződéseket. Az ultrahangos mechanikai rezgések a munkadarab külső oldalán lévő szerszámról továbbítják a hegesztési helyet. Az egész folyamat úgy van megszervezve, hogy kizárja a rögzítőelem és a támaszték elcsúszásátrészletfelületek. A rezgések munkadarabon való áthaladása során energia disszipálódik. Ezt a felületek közötti külső súrlódás biztosítja a hegesztés kezdeti szakaszában, valamint a tartó és a szerszám között elhelyezkedő anyag belső súrlódása a beállítási terület kialakítása után. Ez megemeli a hőmérsékletet az ízületben, ami megkönnyíti a deformációt.

Speciális anyagviselkedés

Az alkatrészek közötti tangenciális elmozdulások és az általuk okozott és a hegesztési erőből eredő összenyomással együtt ható feszültségek a felülethez közeli rétegekben kis térfogatú súlyos képlékeny alakváltozások lokalizálását biztosítják. Az egész folyamatot köszörülés és az oxidfilmek és egyéb szennyeződések mechanikus evakuálása kíséri. Az ultrahangos hegesztés csökkenti a folyáshatárt, ezáltal elősegíti a képlékeny alakváltozást.

Folyamatfunkciók

Az ultrahangos hegesztés hozzájárul a csatlakozáshoz szükséges feltételek kialakításához. Ezt a jelátalakító mechanikai rezgései biztosítják. A rezgési energia összetett nyíró-, nyomó- és alakfeszültségeket hoz létre. Az anyagok rugalmassági határainak túllépése esetén plasztikus deformáció lép fel. Az erős kapcsolat kialakítását a felületi oxidok, szerves és adszorbeált filmek eltávolítása után a közvetlen érintkezési terület növelése biztosítja.

KM használata

Az ultrahangot széles körben használják a tudomány területén. Segítségével a tudósok számos fizikai tulajdonságot vizsgálnakanyagok és jelenségek. Az iparban az ultrahangot zsírtalanításra és tisztítószerekre használják, nehezen megmunkálható anyagokkal dolgoznak. Ezenkívül az ingadozások kedvezően befolyásolják a kristályosodó olvadékokat. Az ultrahang gáztalanítást és szemcsefinomítást biztosít számukra, javítva az öntött anyagok mechanikai tulajdonságait. A rezgések hozzájárulnak a maradék feszültségek eltávolításához. Széles körben használják a lassú kémiai reakciók sebességének növelésére is. Az ultrahangos hegesztés többféle célra használható. A rezgések energiaforrássá válhatnak a varrat- és pontkötések kialakulásához. Ha a hegesztési medencét a kristályosítás során ultrahang éri, a varrat szerkezetének finomítása és a gázok intenzív eltávolítása miatt a kötés mechanikai tulajdonságai javulnak. Tekintettel arra, hogy a rezgések aktívan eltávolítják a szennyeződéseket, mesterséges és természetes filmrétegeket, lehetséges az alkatrészek összekapcsolása oxidált, lakkozott stb. felülettel. Az ultrahang hozzájárul a hegesztés során megjelenő önfeszültségek csökkentéséhez vagy megszüntetéséhez. A rezgések miatt lehetőség van a vegyület szerkezetének komponenseinek stabilizálására. Ez viszont lehetővé teszi a szerkezetek utólagos spontán deformálódásának megakadályozását. Az ultrahangos hegesztés az utóbbi időben egyre szélesebb körben elterjedt. Ez ennek a csatlakozási módnak a kétségtelen előnyeinek köszönhető a hideg és érintkezési módszerekkel szemben. Különösen gyakran használják az ultrahangos rezgéseket a mikroelektronikában.

Ígéretes iránypolimer anyagok ultrahangos hegesztésének tekinthető. Némelyikük más módszerrel nem köthető össze. Az ipari vállalkozásoknál jelenleg vékonyfalú alumínium profilok, fólia, huzal ultrahangos hegesztését végzik. Ez a módszer különösen hatékony különböző alapanyagokból készült termékek összeillesztésére. Az alumínium ultrahangos hegesztését háztartási készülékek gyártása során használják. Ez a módszer lapnyersanyagok (nikkel, réz, ötvözetek) összeillesztésénél hatékony. A műanyagok ultrahangos hegesztése az optikai és finommechanikai eszközök gyártásában talált alkalmazásra. Jelenleg a mikroáramkörök különböző elemeinek összekapcsolására szolgáló gépeket hoztak létre és vezettek be a gyártásba. A készülékek automata eszközökkel vannak felszerelve, aminek köszönhetően a termelékenység jelentősen megnő.

USA hatalom

A műanyagok ultrahangos hegesztése állandó kapcsolatot biztosít a nagyfrekvenciás mechanikai rezgések és a viszonylag kis nyomóerő együttes hatásának köszönhetően. Ennek a módszernek sok közös vonása van a hideg módszerrel. A közegen keresztül továbbítható ultrahang teljesítmény az utóbbi fizikai tulajdonságaitól függ. Ha a tömörítési zónák szilárdsági határait túllépik, a szilárd anyag összeesik. Hasonló helyzetekben a kavitáció folyadékokban fordul elő, kis buborékok megjelenésével és későbbi összeomlásával együtt. Ez utóbbi folyamattal együtt helyi nyomások is jelentkeznek. Ezt a jelenséget a termékek tisztítása és feldolgozása során használják.

Eszközcsomópontok

A műanyagok ultrahangos hegesztése a következővel történikspeciális gépek. A következő csomópontokat tartalmazzák:

1. Tápegység.
2. Vibrációs mechanikus rendszer.
3. Vezérlőberendezés.
4. Nyomáshajtás.

Az oszcillációs rendszer arra szolgál, hogy a villamos energiát mechanikai energiává alakítsa át, majd továbbítsa a csatlakozási szakaszhoz, koncentrálja azt és megkapja az emitter sebességének kívánt értékét. Ez a csomópont a következőket tartalmazza:

1. Elektromechanikus átalakító tekercsekkel. Fém tokba van zárva, és vízzel hűti.
2. Elasztikus oszcillációs transzformátor.
3. Hegesztőcsúcs.
4. Támasztás nyomószerkezettel.

A rendszer rögzítése membrán segítségével történik. Ultrahangos sugárzás csak a hegesztés pillanatában jelentkezik. A folyamat rezgések, a felületre merőleges nyomás és a hőhatás hatására megy végbe.

Módszer képességei

Az ultrahangos hegesztés a műanyag alapanyagok esetében a leghatékonyabb. A rézből, nikkelből, aranyból, ezüstből stb. készült termékek egymással és más alacsony műanyagtartalmú termékekkel kombinálhatók. A keménység növekedésével az ultrahangos hegeszthetőség romlik. A wolframból, nióbiumból, cirkóniumból, tantálból, molibdénből készült tűzálló termékek ultrahang segítségével hatékonyan összekapcsolhatók. A polimerek ultrahangos hegesztése viszonylag új módszernek számít. Az ilyen termékek egymáshoz és más szilárd részekhez is csatlakoztathatók. Ami a fémet illeti, kombinálható veleüveg, félvezető, kerámia. Nyersdarabokat is köthet egy közbenső rétegen keresztül. Például az acéltermékeket alumínium műanyagon keresztül hegesztik egymáshoz. A rövid ideig tartó, magas hőmérsékleten való tartózkodásnak köszönhetően különböző termékek kiváló minőségű kötése érhető el. Az alapanyagok tulajdonságai kisebb változtatásoknak vannak kitéve. Az idegen szennyeződések hiánya az ultrahangos hegesztés egyik előnye. Az emberre káros tényezők szintén hiányoznak. Csatlakozáskor kedvező higiéniai feltételek jönnek létre. A termékek kötései kémiailag homogének.

Csatlakozási szolgáltatások

A fémhegesztést általában átfedő módon végzik. Ugyanakkor különféle dizájnelemeket adnak hozzá. A hegesztés végezhető pontokkal (egy vagy több), folyamatos varrattal vagy zárt körben. Egyes esetekben a huzaldarab végének előzetes kialakítása során a síkkal T-csatlakozást hoznak létre. Egyszerre több anyag ultrahangos hegesztése is elvégezhető (csomag).

Alkatrész vastagság

A felső határ korlátozza. A fém munkadarab vastagságának növekedésével nagyobb amplitúdójú rezgéseket kell alkalmazni. Ez kompenzálja az energiaveszteséget. Az amplitúdó növekedése viszont egy bizonyos határig lehetséges. A korlátozások a fáradásos repedések, a szerszám nagy horpadásainak valószínűségével járnak. Ilyen esetekben érdemes felmérni, hogyanaz ultrahangos hegesztés megfelelő lenne. A gyakorlatban a módszert 3…4 µm és 05…1 mm közötti termékvastagságok esetén alkalmazzák. A hegesztés 0,01 … 05 mm átmérőjű alkatrészekhez is használható. A második termék vastagsága lényegesen nagyobb lehet, mint az elsőé.

Lehetséges problémák

Az ultrahangos hegesztési módszer alkalmazásakor figyelembe kell venni a termékek meglévő kötései kifáradási tönkremenetelének valószínűségét. A folyamat során a munkadarabok egymáshoz képest elfordulhatnak. Amint fentebb említettük, a szerszámból származó anyag felületén horpadások maradnak. Maga a készülék élettartama korlátozott, a munkasík eróziója miatt. Egyes pontokon a termék anyaga hozzá van hegesztve a szerszámhoz. Ez a készülék kopásához vezet. A berendezések javítása számos nehézséggel jár. Ezek azzal kapcsolatosak, hogy maga a szerszám egy nem szétválasztható egyegységes kialakítás elemeként működik, amelynek konfigurációja és méretei pontosan az üzemi frekvenciához vannak tervezve.

Termék-előkészítés és üzemmód paraméterei

Az ultrahangos hegesztés elvégzése előtt nem szükséges bonyolult műveleteket végezni az alkatrészek felületén. Kívánt esetben növelheti a kapcsolat minőségének stabilitását. Ehhez csak oldószerrel célszerű zsírtalanítani a terméket. A képlékeny fémek összekapcsolásához az ultrahang kezdetéhez viszonyított impulzuskésleltetésű ciklus tekinthető optimálisnak. A termék viszonylag nagy keménysége esetén az ultrahang bekapcsolása előtt ajánlatos megvárni az enyhe felmelegedést.

Hegesztési minták

Több van belőlük. Az ultrahangos hegesztés technológiai sémái a szerszám rezgésének természetében különböznek. Lehetnek torziós, hajlító, hosszirányú. Ezenkívül a sémákat megkülönböztetik az eszköznek a hegesztett rész felületéhez viszonyított térbeli helyzetétől, valamint a nyomóerők termékekre történő átvitelének módjától és a tartóelem tervezési jellemzőitől függően. A kontúr-, varrat- és pontkötésekhez hajlításos és hosszirányú rezgéses változatokat használnak. Az ultrahangos hatás kombinálható az alkatrészek helyi impulzusos melegítésével, külön hőforrásból. Ebben az esetben számos előny érhető el. Először is csökkentheti az oszcillációk amplitúdóját, valamint átvitelük erősségét és idejét. A hőimpulzus energetikai tulajdonságai és ultrahangon történő szuperpozíciójának periódusa a folyamat további paramétereiként szolgál.

Hőhatás

Az ultrahangos hegesztést a hézag hőmérsékletének emelkedése kíséri. A hő megjelenését az érintkező termékek felületén kialakuló súrlódás, valamint a képlékeny alakváltozások okozzák. Valójában egy hegesztett kötés kialakulását kísérik. Az érintkezési felület hőmérséklete a szilárdsági paraméterektől függ. A legfontosabb az anyag keménységi foka. Ezen túlmenően jelentős jelentőséggel bírnak termofizikai tulajdonságai: hővezető képessége és hőkapacitása. A kiválasztott hegesztési mód a hőmérsékleti szintet is befolyásolja. A gyakorlat azt mutatja, hogy a kialakuló hőhatás nem meghatározó feltétel. aztannak a ténynek köszönhető, hogy a termékek kötéseinek maximális szilárdságát még azelőtt érik el, hogy a hőmérséklet a határértékre emelkedne. Lehetőség van az ultrahangos rezgések átvitelének időtartamának csökkentésére az alkatrészek előmelegítésével. Ez növeli a kapcsolat erősségét is.

Következtetés

Az ultrahangos hegesztés jelenleg egyes iparágakban nélkülözhetetlen módszer az alkatrészek összekapcsolására. Ez a módszer különösen elterjedt a mikroelektronikában. Az ultrahang lehetővé teszi különféle műanyagok és kemény anyagok csatlakoztatását. Napjainkban aktív tudományos munka folyik a hegesztőeszközök és -technológiák fejlesztése érdekében.