Ultraäänimuovien, muovien, metallien, polymeerimateriaalien, alumiiniprofiilien hitsaus. Ultraäänihitsaus: tekniikka, haitalliset tekijät

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Metallien ultraäänihitsaus on prosessi, jonka aikana kiinteässä faasissa saadaan kiinteä liitos. Nuorten alueiden muodostuminen (joissa sidoksia muodostuu) ja niiden välinen kosketus tapahtuu erikoistyökalun vaikutuksesta. Se tarjoaa pienen amplitudin ja puristusnormaalivoiman suhteellisten etumerkkien vaihtelevien tangentiaalisten siirtymien yhteisvaikutuksen aihioihin. Katsotaanpa tarkemmin, mitä ultraäänihitsaustekniikka on.

Liitäntämekanismi

Matalan amplitudin siirtymiä esiintyy ultraäänitaajuisten osien välillä. Niiden vuoksi osien pinnan mikrokarheudet altistuvat plastisille muodonmuutoksille. Samalla liitäntävyöhykkeeltä poistetaan epäpuhtaudet. Ultraääni mekaaniset värähtelyt välittyvät hitsauskohtaan työkappaleen ulkopuolella olevasta työkalusta. Koko prosessi on järjestetty siten, että telineen ja tuen luistaminen ei ole mahdollistayksityiskohtien pinnat. Kun tärinä kulkee työkappaleen läpi, energiaa haihtuu. Tämä saadaan aikaan ulkoisella kitkalla pintojen välillä hitsauksen alkuvaiheessa ja sisäisestä kitkasta materiaalissa, joka sijaitsee tuen ja työkalun välissä asetusalueen muodostumisen jälkeen. Tämä nostaa liitoksen lämpötilaa, mikä helpottaa muodonmuutosta.

Erityinen materiaalin käyttäytyminen

Osien väliset tangentiaaliset siirtymät ja jännitykset, jotka ne aiheuttavat ja vaikuttavat yhdessä hitsausvoiman puristuksen kanssa, mahdollistavat vakavien plastisten muodonmuutosten paikallistamisen pieninä määrinä pintaa lähellä oleviin kerroksiin. Koko prosessiin liittyy oksidikalvojen ja muiden epäpuhtauksien jauhaminen ja mekaaninen evakuointi. Ultraäänihitsaus vähentää myötörajaa, mikä helpottaa plastista muodonmuutosta.

Prosessiominaisuudet

Ultraäänihitsaus edistää liittämiseen tarvittavien olosuhteiden muodostumista. Tämä varmistetaan anturin mekaanisilla värähtelyillä. Värähtelyenergia luo monimutkaisia leikkaus-, puristus- ja jännitysjännityksiä. Muovinen muodonmuutos tapahtuu, kun materiaalien kimmorajat ylittyvät. Vahvan liitoksen saaminen varmistetaan suurentamalla suoran kosketuksen aluetta pintaoksidien, orgaanisten ja adsorboituneiden kalvojen poistamisen jälkeen.

KM:n käyttäminen

Ultraääntä käytetään laajasti tieteen alalla. Sen avulla tutkijat tutkivat useita fysikaalisia ominaisuuksiaaineet ja ilmiöt. Teollisuudessa ultraääntä käytetään tuotteiden rasvanpoistoon ja puhdistukseen vaikeasti työstettävien materiaalien kanssa. Lisäksi vaihtelut vaikuttavat suotuisasti kiteytyviin sulatteisiin. Ultraääni tarjoaa niille kaasunpoiston ja rakeiden jalostuksen, mikä parantaa valumateriaalien mekaanisia ominaisuuksia. Tärinä edistää jäännösjännityksen poistamista. Niitä käytetään myös laaj alti lisäämään hitaiden kemiallisten reaktioiden nopeutta. Ultraäänihitsausta voidaan käyttää eri tarkoituksiin. Tärinä voi olla energianlähde sauma- ja pisteliitosten muodostumiselle. Kun hitsisulaa altistetaan ultraäänelle kiteytymisen aikana, liitoksen mekaaniset ominaisuudet paranevat hitsirakenteen hienostuneen ja intensiivisen kaasujen poiston ansiosta. Koska tärinä poistaa aktiivisesti likaa, keinotekoisia ja luonnonkalvoja, on mahdollista liittää osia hapettuneella, lakalla jne. pinnalla. Ultraääni auttaa vähentämään tai poistamaan hitsauksen aikana ilmeneviä itserasituksia. Tärinän ansiosta on mahdollista stabiloida yhdisteen rakenteen komponentit. Tämä puolestaan mahdollistaa mahdollisen rakenteiden spontaanin muodonmuutoksen myöhemmän estämisen. Ultraäänihitsaus on viime aikoina yleistynyt. Tämä johtuu tämän liitäntämenetelmän kiistattomista eduista kylmä- ja kontaktimenetelmiin verrattuna. Erityisen usein ultraäänivärähtelyä käytetään mikroelektroniikassa.

Lupaava suuntaharkitaan polymeerimateriaalien ultraäänihitsausta. Joitakin niistä ei voi yhdistää millään muulla tavalla. Teollisuusyrityksissä suoritetaan tällä hetkellä ohutseinäisten alumiiniprofiilien, kalvon, langan ultraäänihitsausta. Tämä menetelmä on erityisen tehokas liitettäessä tuotteita erilaisista raaka-aineista. Alumiinin ultraäänihitsausta käytetään kodinkoneiden valmistuksessa. Tämä menetelmä on tehokas levyraaka-aineiden (nikkeli, kupari, lejeeringit) liittämisessä. Muovien ultraäänihitsaus on löytänyt sovellusta optiikan ja hienomekaniikkalaitteiden valmistuksessa. Tällä hetkellä on luotu ja otettu tuotantoon koneita mikropiirien eri elementtien yhdistämiseksi. Laitteet on varustettu automaattisilla laitteilla, joiden ansiosta tuottavuus kasvaa merkittävästi.

Yhdysv altain v alta

Muovin ultraäänihitsaus tarjoaa pysyvän yhteyden korkeataajuisen mekaanisen tärinän ja suhteellisen pienen puristusvoiman yhteisvaikutuksen ansiosta. Tällä menetelmällä on paljon yhteistä kylmämenetelmän kanssa. Ultraääniteho, joka voidaan siirtää väliaineen kautta, riippuu viimeksi mainitun fysikaalisista ominaisuuksista. Jos puristusvyöhykkeiden lujuusrajat ylittyvät, kiinteä materiaali romahtaa. Samanlaisissa tilanteissa nesteissä tapahtuu kavitaatiota, johon liittyy pienten kuplien ilmestyminen ja niiden myöhempi romahtaminen. Yhdessä jälkimmäisen prosessin kanssa syntyy paikallisia paineita. Tätä ilmiötä käytetään tuotteiden puhdistuksessa ja käsittelyssä.

Laitesolmut

Muovin ultraäänihitsaus suoritetaan käyttämälläerikoiskoneita. Ne sisältävät seuraavat solmut:

1. Virtalähde.
2. Värinämekaaninen järjestelmä.
3. Ohjauslaitteet.
4. Painekäyttö.

Värähtelyjärjestelmää käytetään sähkön muuntamiseen mekaaniseksi energiaksi, jotta se siirretään myöhemmin liitäntäosaan, keskitetään se ja saadaan vaadittu arvo emitterin nopeudelle. Tämä solmu sisältää:

1. Sähkömekaaninen anturi käämityksellä. Se on suljettu metallikoteloon ja jäähdytetään vedellä.
2. Elastinen värähtelymuuntaja.
3. Hitsauskärki.
4. Tuki painemekanismilla.

Järjestelmä on kiinnitetty kalvolla. Ultraäänisäteilyä esiintyy vain hitsaushetkellä. Prosessi tapahtuu tärinän, suorassa kulmassa pintaan kohdistuvan paineen ja lämpövaikutuksen vaikutuksesta.

Menetelmäominaisuudet

Ultraäänihitsaus on tehokkain muoviraaka-aineille. Kuparista, nikkelistä, kullasta, hopeasta jne. valmistettuja tuotteita voidaan yhdistää keskenään ja muiden vähän muovisten tuotteiden kanssa. Kun kovuus kasvaa, ultraäänihitsattavuus heikkenee. Tulenkestävät tuotteet, jotka on valmistettu volframista, niobiumista, zirkoniumista, tantaalista, molybdeenistä, yhdistetään tehokkaasti ultraäänen avulla. Polymeerien ultraäänihitsausta pidetään suhteellisen uutena menetelmänä. Tällaisia tuotteita voidaan myös liittää sekä toisiinsa että muihin kiinteisiin osiin. Mitä tulee metalliin, se voidaan yhdistäälasi, puolijohteet, keramiikka. Voit myös sitoa aihioita välikerroksen läpi. Esimerkiksi terästuotteet hitsataan toisiinsa alumiinimuovin läpi. Lyhyen oleskelun ansiosta korkeassa lämpötilassa saadaan aikaan erilaisten tuotteiden korkealaatuinen liitäntä. Raaka-aineiden ominaisuudet ovat vähäisiä muutoksia. Vieraiden epäpuhtauksien puuttuminen on yksi ultraäänihitsauksen eduista. Myös ihmisille haitalliset tekijät puuttuvat. Yhdistettynä luodaan suotuisat hygieeniset olosuhteet. Tuotteiden sidokset ovat kemiallisesti homogeenisia.

Yhteysominaisuudet

Metallin hitsaus suoritetaan pääsääntöisesti päällekkäin. Samalla lisätään erilaisia designelementtejä. Hitsaus voidaan suorittaa pisteillä (yksi tai useampia), jatkuvassa saumassa tai suljetussa ympyrässä. Joissakin tapauksissa lanka-aihion pään alustavan muodostuksen aikana tehdään T-liitos tasoon. On mahdollista suorittaa useiden materiaalien ultraäänihitsaus samanaikaisesti (paketti).

Osan paksuus

Se on rajoitettu ylärajaan. Kun metallityökappaleen paksuus kasvaa, on tarpeen soveltaa värähtelyjä suuremmalla amplitudilla. Tämä kompensoi energian menetystä. Amplitudin lisäys on puolestaan mahdollista tiettyyn rajaan asti. Rajoitukset liittyvät väsymishalkeamien todennäköisyyteen, työkalun suuriin kolhuihin. Tällaisissa tapauksissa pitäisi arvioida, mitenultraäänihitsaus olisi sopiva. Käytännössä menetelmää käytetään tuotepaksuuksille 3…4 µm - 05…1 mm. Hitsausta voidaan käyttää myös osille, joiden halkaisija on 0,01 … 05 mm. Toisen tuotteen paksuus voi olla huomattavasti suurempi kuin ensimmäisen.

Mahdollisia ongelmia

Ultraäänihitsausmenetelmää käytettäessä on otettava huomioon tuotteiden olemassa olevien liitosten väsymisvaurion todennäköisyys. Prosessin aikana työkappaleet voivat kääntyä suhteessa toisiinsa. Kuten edellä mainittiin, materiaalin pintaan jää kolhuja työkalusta. Itse laitteen käyttöikä on rajallinen sen työstötason kulumisen vuoksi. Joissakin kohdissa tuotteen materiaali hitsataan työkaluun. Tämä johtaa laitteen kulumiseen. Laitteiden korjaukseen liittyy useita vaikeuksia. Ne liittyvät siihen, että työkalu itsessään toimii osana ei-irrotettavaa yksiosaista rakennetta, jonka kokoonpano ja mitat on suunniteltu täsmälleen käyttötaajuudelle.

Tuotteen valmistelu ja tilaparametrit

Ennen ultraäänihitsausta ei tarvitse suorittaa monimutkaisia toimenpiteitä osien pinnalla. Halutessasi voit lisätä yhteyden laadun vakautta. Tätä varten on suositeltavaa poistaa tuotteen rasva vain liuottimella. Muovattavien metallien liittämiseksi sykliä, jossa on pulssiviive ultraäänen alkamiseen nähden, pidetään optimaalisena. Tuotteen suhteellisen korkean kovuuden vuoksi on suositeltavaa odottaa pientä lämpenemistä ennen ultraäänen käynnistämistä.

Hitsauskuviot

Niitä on useita. Ultraäänihitsauksen tekniset kaaviot eroavat työkalun värähtelyjen luonteesta. Ne voivat olla vääntö-, taivutus-, pitkittäissuuntaisia. Myös kaaviot erotetaan riippuen laitteen avaruudellisesta sijainnista suhteessa hitsatun osan pintaan, samoin kuin menetelmästä, jolla puristusvoimia siirretään tuotteisiin, ja tukielementin suunnitteluominaisuuksista. Muoto-, sauma- ja pisteliitoksissa käytetään muunnelmia, joissa on taivutus ja pituussuuntainen tärinä. Ultraäänitoiminta voidaan yhdistää osien paikalliseen pulssilämmitykseen erillisestä lämmönlähteestä. Tässä tapauksessa voidaan saavuttaa useita etuja. Ensinnäkin voit vähentää värähtelyjen amplitudia sekä niiden lähetyksen voimakkuutta ja aikaa. Prosessin lisäparametreina toimivat lämpöpulssin energiaominaisuudet ja sen superpositioaika ultraäänellä.

Lämpövaikutus

Ultraäänihitsaukseen liittyy liitoksen lämpötilan nousu. Lämmön esiintyminen johtuu kitkan ilmaantumisesta kosketuksiin joutuvien tuotteiden pinnoille sekä plastisista muodonmuutoksista. Itse asiassa ne seuraavat hitsausliitoksen muodostumista. Kosketusalueen lämpötila riippuu lujuusparametreista. Tärkein niistä on materiaalin kovuusaste. Lisäksi sen lämpöfysikaaliset ominaisuudet ovat erittäin tärkeitä: lämmönjohtavuus ja lämpökapasiteetti. Valittu hitsaustapa vaikuttaa myös lämpötilatasoon. Kuten käytäntö osoittaa, syntymässä oleva lämpövaikutus ei toimi määräävänä ehtona. sejohtuu siitä, että tuotteiden saumojen maksimilujuus saavutetaan ennen kuin lämpötila nousee rajalle. Ultraäänivärähtelyn kestoa voidaan lyhentää esilämmittämällä osia. Tämä lisää myös yhteyden vahvuutta.

Johtopäätös

Ultraäänihitsaus on tällä hetkellä korvaamaton menetelmä osien liittämiseen joillakin teollisuudenaloilla. Tämä menetelmä on erityisen laajalle levinnyt mikroelektroniikassa. Ultraäänellä voit yhdistää erilaisia muovi- ja kovia materiaaleja. Nykyään tieteellistä työtä tehdään aktiivisesti hitsaustyökalujen ja -tekniikoiden parantamiseksi.