Ultraäänihitsaus

Ultraäänihitsauksessa käytetään korkeataajuisia ultraäänivärähtelyjä, joita kohdistetaan yhdistettyihin osiin, jotka kootaan yhteen matalapaineessa. Tätä hitsausmenetelmää käytetään useimmiten kestomuovien liittämiseen ja kun pultat, juottaminen tai liimaus eivät sovellu.

Vaikka ultraäänihitsaus kehitettiin jo 1940-luvulla, sitä käytettiin teollisesti ensimmäisen kerran 1960-luvun alussa hienojen lankojen hitsaukseen elektroniikkateollisuudessa. Vuonna 1963 ultraäänihitsausta alettiin käyttää polyeteenin liittämiseen. Siitä lähtien ultraäänihitsausta on käytetty alumiinin ja ohuen metallilevyn hitsaukseen autoteollisuudessa (sytytysmoduulit, liitinjohdot, johdot).

Hidas prosessi ultraäänihitsauksen etujen tunnistamisessa teollisuudessa johtuu tehokkaiden ultraäänilaitteiden puutteesta, joka takaa tasaisen hitsauslaadun myös suurille osille.Tästä johtuen tutkimus keskittyi 1980- ja 1990-luvuilla pääasiassa ultraäänilaitteiden kehittämiseen.

Vaikka ultraäänihitsauksessa käytetään tärinää, tämä menetelmä eroaa "värähtelyhitsauksesta", joka tunnetaan myös kitkahitsauksena. Värähtelyhitsauksessa toinen liitettävästä osasta pysyy paikallaan ja toinen värähtelee (sähkömagneettisen tai hydraulisen käyttövoiman avulla).

Ultraäänihitsaus pitää kaksi osaa paikoillaan ja käyttää suurtaajuisia ääniaaltoja kitkan luomiseen. Akustinen energia luo kitkaa ja tuottaa lämpöä, jonka tuloksena osat hitsataan alle sekunnissa, mikä tekee ultraäänihitsauksesta yhden nykypäivän nopeimmista.

Ultraäänihitsausprosessi on täysin automatisoitu ja se suoritetaan erikoisasennuksilla. Ultraäänihitsauksen periaate on esitetty kuvassa. Kuvassa 1 on esitetty tyypillisen asennuksen koostumus. 2.

Riisi. 1. Ultraäänihitsauksen periaate: a — osien kohdistus, b — osien kosketus kärjen kanssa, c — paineen käyttö, d — hitsaus, e — pito, f — kärjen nostaminen

Riisi. 2. Äänihitsauksen kokoonpanokaavio

Generaattorilla (erillisessä yksikössä) muunnetaan verkosta tulevat sähköiset värähtelyt korkeataajuisiksi (20 ... 60 kHz), muunnin pietsosähköisiä elementtejä käyttäen muuntaa sähköiset värähtelyt akustisiksi. Vahvistin ja sonotrodi ovat asennuksen passiivisia resonanssielementtejä, jotka siirtävät värähtelyjä muuntimesta osiin.

Tyypillisesti ultraäänihitsauskoneet on varustettu vahvistimilla, joilla on erilaiset siirtymän muunnossuhteet.Sonotrodin muoto määräytyy vaaditun hitsauskokoonpanon mukaan. Pituussuuntaiset säteittäiset, reuna- ja muut aaltovärähtelyt syntyvät sonotrodin muodosta riippuen. Jokainen sauma vaatii oman sonotrodin.

Prosessin fyysinen olemus koostuu erittäin voimakkaiden pieniamplitudisten värähtelyjen ilmaantumisesta kahden osan kosketuksessa. Tärinä yhdistettynä paineeseen poistaa epäpuhtaudet ja oksidit osien pinnalta. Elektronit alkavat virrata osien välillä muodostaen metallurgisen sauman.

Ultraäänihitsaus sopii erinomaisesti sähköliitäntöjen tekemiseen, alumiinin ja kuparin hitsaukseen, kupariputkien päiden tiivistämiseen, muovien hitsaukseen, metalliosien upottamiseen muoviin.

Riisi. 3. Ultraäänihitsauksella tehdyt liitokset

Muovien ultraäänihitsaus mahdollistaa luotettavammat liitokset kuin muut menetelmät. Tässä tapauksessa muovien ultraäänihitsaus eroaa olennaisesti metallien hitsauksesta.

Ensinnäkin metallien ultraäänihitsaus tapahtuu hitsattujen pintojen suuntaisten poikittaisvärähtelyjen avulla. Muovien ultraäänihitsauksessa käytetään pitkittäisvärähtelyjä, jotka ovat normaaleja (eli suorassa kulmassa) hitsattavien pintojen suhteen. Ultraäänivärähtelyjä metalli- ja muovisaumoihin välittävien sonotrodien muoto on myös täysin erilainen.

Toiseksi metallien hitsauksessa pintojen kitkavuorovaikutus synnyttää sauman, joka muodostaa jäykän liitoksen materiaalia sulattamatta.Muoviosien ultraäänihitsaus perustuu materiaalin sulattamiseen samalla tavalla kuin monet muut perinteiset hitsausmenetelmät, kuten kaarihitsaus, vastus- tai laserhitsaus), mutta paljon alemmilla lämpötila-alueilla.

Riisi. 4. Ultraäänihitsauslaitteet

Ultraäänihitsauksen edut:

1. Ei vaadi erityistä pintapuhdistusta.

2. Suojaava ilmakehä ei vaadita.

3. Hitsaustarvikkeita (lanka, elektrodit, juotos jne.) ei tarvita.

4. Alhainen virrankulutus.

5. Lyhyt liitosaika liitoksen muodostamiseksi (noin neljännes sekuntia).

6. Hitsausprosessin täydellinen automatisointi ja helppo integrointi muihin tuotantoprosesseihin.

7. Mahdollisuus käyttää erilaisia ​​hitsausmateriaaleja, myös korkeille lämpötiloille herkkiä, koska hitsauksen aikana syntyy pieni määrä lämpöä.

8. Kaikenlaisten yksityiskohtien hitsaus.

9. Tällä prosessilla luodut hitsit ovat visuaalisesti miellyttäviä, siistejä.

10. Ultraäänihitsauksessa ei käytetä syövyttäviä kemikaaleja ja se tuottaa pienen määrän savua, toisin kuin muut menetelmät.

Ultraäänihitsauksen rajoitukset:

1. Vakavin rajoitus ultraäänihitsauksen käytössä on hitsattujen osien koko – enintään 250 mm. Tämä johtuu anturin lähtötehon rajoituksista, sonotrodin kyvyttömyydestä lähettää erittäin suuritehoisia ultraääniaaltoja ja amplitudin hallinnan vaikeudesta.

2. Ultraäänihitsaus vaatii myös alhaisempaa kosteuspitoisuutta liitettävistä materiaaleista.Muussa tapauksessa tärinähitsausta suositellaan.

3. Ultraäänihitsaus ei ole tehokasta paksuseinäisten materiaalien liittämiseen. Ainakin yhden liitettävistä osista on oltava kevyt, koska se "absorboi" valtavan määrän energiaa.