Ультразвукове зварювання
Ультразвукове зварювання- зварювання, джерелом енергії при якому є ультразвукові коливання.
Використовується для зварювання металів, пластмас, тканин, шкіри, металів зі склом, напівпровідниковими матеріалами та ін. Ультразвукове зварювання застосовується при точковому, шовному та контурному зварюванні. При цьому використовуються поздовжні та згинальні механічні коливання. У 1969 році було зібрано перший повністю пластиковий автомобіль, деталі якого зварювалися ультразвуковим зварюванням. [джерело не вказано 1529 днів]
Зміст
Ультразвукове зварювання здійснюється за допомогою безперервно генерованого ультразвуку частотою 18-180 кГц. потужністю 0,01 - 10 кВт. Зварювання відбувається при одночасному впливі на поверхні, що зварюються, механічних ВЧ коливань, зовнішнього тиску, прикладеного перпендикулярно до зварюваних поверхонь і теплового ефекту від ВЧ коливань. Теплова дія ВЧ ультразвукових коливань може поєднуватися з додатковим місцевим імпульсним нагріванням заготовок окремого зовнішнього джерела теплоти.
При дії ВЧ коливань відбувається сухе тертя частинок у поверхнях, що зварюються. Під впливом сухого тертя руйнуються поверхневі плівки (оксидні та його адсорбованих газів). Потім сухе тертя зміняться на чисте тертя, у якому утворюються вузли схоплювання. Утворюються загальні зерна, що належать двом поверхням, що зварюються, і загальна межа між поверхневими зернами.
Типи зварних з'єднань металів при ультразвуковому зварюванні: внахлестку; за рельєфами; із роздавлюванням кромок; встик круглого елемента з плоским; хрестоподібне, круглих елементів; паралельне, круглих елементів; багатошарових деталей та плівок; кутове та ін.
- зварювання може проводитися за забрудненимиповерхням, тому не потрібна попередня підготовка поверхонь - тільки знежирення;
- виділення теплоти у зоні зварювання обмежено за розмірами, що не допускає перегрів при зварюванні пластмас;
- нероз'ємного з'єднання при зварюванні пластмас можливо на великій відстані від точки введення УЗ енергії;
- зварювання можливе у важкодоступних місцях;
- відсутність шкідливих виділень;
- малий час нагрівання з'єднання до температури зварювання - частки секунди;
- допускається зварювання дуже тонких (до 0,001 мм) листів.
- Необхідність використання дорогих генераторів ультразвуку, однак із розвитком силової високочастотної електроніки вартість генераторів ультразвуку суттєво знизилася;
- Малий діапазон товщин зварюваних матеріалів, проте підбираючи форму деталей, що зварюються, можна домогтися ефекту акустичної лінзи, що фокусує ультразвук в зону зварювання;
- Необхідність додаткового зовнішнього стиснення деталей, проте для більшості інших видів зварювання пластмас це також необхідна умова.
Для УЗ зварювання використовуються машини, що поділяються на машини для точкового контурного пресового зварювання, шовного та шовно-крокового зварювання, переносні установки, такі як ручні пістолети малої потужності. Потужність машин складає 100 - 1500Вт. Використовувана частота - 20-22 кГц.
Ультразвук у машинах збуджується в електромеханічних п'єзоелектричних перетворювачах, хоча до 1980-х років було більш поширеним магнітострикційним ефектом. Для збільшення амплітуди УЗ коливань використовують трансформатори пружних коливань, хвилеводи, концентратори. Коефіцієнт посилення таких елементів сягає 5. Для процесу зварювання на кінці концентратора необхідно мати УЗ коливання амплітудою близько 10-50мкм.
Станом на 2010-і роки обладнання для ультразвукового зварювання випускається в багатьох країнах, у тому числі в Україні.
У СРСР випускалися серії машин МТУ-4, МТУ-1,5, УЗС, МС41-П2 та ін, що використовують УЗ коливання для зварювання висновків мікросхем.