Ultrahangos hegesztés
Az ultrahangos hegesztés nagyfrekvenciás ultrahangos akusztikus rezgéseket használ, amelyeket az összeillesztett alkatrészekre alkalmaznak, amelyeket alacsony nyomáson szerelnek össze. Ezt a hegesztési módszert leggyakrabban hőre lágyuló műanyagok összekapcsolására használják, és amikor a csavarozás, forrasztás vagy ragasztás nem megfelelő.
Bár az ultrahangos hegesztést már az 1940-es években kifejlesztették, iparilag először az 1960-as évek elején használták finomhuzalok hegesztésére az elektronikai iparban. 1963-ban kezdték el használni az ultrahangos hegesztést polietilén ragasztására. Azóta ultrahangos hegesztést alkalmaznak alumínium és vékony fémlemezek hegesztésére az autóiparban (gyújtómodulok, sorkapocshuzalok, vezetékek).
Az ultrahangos hegesztés előnyeinek felismerésének lassú folyamata az iparban a nagy teljesítményű ultrahangos berendezés hiányának köszönhető, amely még nagy alkatrészek esetén is egyenletes hegesztési minőséget garantál.Ennek eredményeként az 1980-as és 1990-es években a kutatások elsősorban az ultrahangos berendezések fejlesztésére irányultak.
Bár az ultrahangos hegesztés vibrációt használ, ez a módszer különbözik a "vibrációs hegesztéstől", más néven dörzshegesztéstől. Vibrációs hegesztésnél az egyik összeillesztendő alkatrészt a helyén tartják, a másikat pedig oszcillál (elektromágneses vagy hidraulikus meghajtással).
Az ultrahangos hegesztés a helyén tartja a két részt, és magas frekvenciájú hanghullámokat használ a súrlódás létrehozásához. Az akusztikus energia súrlódást és hőt termel, aminek eredményeként az alkatrészek kevesebb mint egy másodperc alatt hegeszthetők, így az ultrahangos hegesztés az egyik leggyorsabb manapság.
Az ultrahangos hegesztés folyamata teljesen automatizált, és speciális berendezéseken történik. Az ultrahangos hegesztés elve az ábrán látható. ábrán látható egy tipikus telepítés összetétele. 2.
Rizs. 1. Az ultrahangos hegesztés elve: a — az alkatrészek igazítása, b — az alkatrészek érintkezése a heggyel, c — nyomás alkalmazása, d — hegesztés, e — tartás, f — a hegy felemelése
Rizs. 2. Összeszerelési rajz hanghegesztéshez
A generátor (külön egységben) a hálózatból érkező elektromos rezgések nagyfrekvenciás (20 ... 60 kHz) átalakítására szolgál, a jelátalakító piezoelektromos elemek segítségével az elektromos rezgéseket akusztikussá alakítja. Az erősítő és a szonotróda a berendezés passzív rezonáns elemei, amelyek a jelátalakítóból az alkatrészekre történő rezgések átvitelére szolgálnak.
Az ultrahangos hegesztőgépek általában különböző elmozdulási transzformációs arányú erősítőkkel vannak felszerelve.A szonotróda alakját a szükséges hegesztési konfiguráció határozza meg. A szonotróda alakjától függően hosszanti sugárirányú, él- és egyéb hullámoszcillációk jönnek létre. Minden varráshoz saját szonotróda szükséges.
A folyamat fizikai lényege abban áll, hogy két rész érintkezésekor nagyon erős, kis amplitúdójú rezgések jelennek meg. A nyomással kombinált vibráció eltávolítja a szennyeződéseket és az oxidokat az alkatrészek felületéről. Az elektronok elkezdenek folyni az alkatrészek között, kohászati varratot képezve.
Az ultrahangos hegesztés ideális elektromos csatlakozások készítésére, alumínium és réz hegesztésére, rézcsövek végeinek tömítésére, műanyagok hegesztésére, fém alkatrészek műanyagba ágyazására.
Rizs. 3. Ultrahangos hegesztéssel készített kötések
A műanyagok ultrahangos hegesztése megbízhatóbb kötéseket tesz lehetővé, mint más módszerek. Ebben az esetben a műanyagok ultrahangos hegesztése alapvetően különbözik a fémek hegesztésétől.
Először is, a fémek ultrahangos hegesztése a hegesztett felületekkel párhuzamos keresztirányú rezgések segítségével történik. A műanyagok ultrahangos hegesztése a hegesztendő felületekre normális (azaz derékszögű) hosszirányú rezgéseket alkalmaz. A fém- és műanyag varratokra ultrahangos rezgéseket továbbító szonotródák formája is teljesen más.
Másodszor, fémek hegesztésekor a felületek súrlódási kölcsönhatása révén varrat jön létre, amely merev kapcsolatot hoz létre anélkül, hogy az anyag megolvadna.A műanyag alkatrészek ultrahangos hegesztése ugyanúgy az anyag olvasztására épül, mint sok más hagyományos hegesztési módszer, például ívhegesztés, ellenállás- vagy lézerhegesztés), de jóval alacsonyabb hőmérsékleti tartományokban.
Rizs. 4. Ultrahangos hegesztő berendezés
Az ultrahangos hegesztés előnyei:
1. Nincs szükség speciális felülettisztításra.
2. Nincs szükség védőatmoszférára.
3. Nincs szükség hegesztési segédanyagokra (huzal, elektródák, forrasztás stb.).
4. Alacsony energiafogyasztás.
5. Rövid illesztési idő a kötés kialakításához (kb. negyed másodperc).
6. A hegesztési folyamat teljes automatizálása és más gyártási folyamatokkal való könnyű integráció lehetősége.
7. Különböző jellegű hegesztési anyagok, beleértve a magas hőmérsékletre érzékenyeket is, mivel a hegesztés során kis mennyiségű hő keletkezik.
8. Mindenféle részlet hegesztése.
9. Az ezzel az eljárással létrehozott hegesztési varratok vizuálisan tetszetősek, ügyesek.
10. Az ultrahangos hegesztés más módszerekkel ellentétben nem használ korrozív vegyszereket, és kis mennyiségű füst keletkezik.
Az ultrahangos hegesztés korlátai:
1. Az ultrahangos hegesztés alkalmazásának legkomolyabb korlátja a hegesztett részek mérete – legfeljebb 250 mm. Ennek oka a jelátalakító kimeneti teljesítményének korlátai, a szonotróda képtelensége nagyon nagy teljesítményű ultrahanghullámok továbbítására, valamint az amplitúdó szabályozásának nehézségei.
2. Az ultrahangos hegesztéshez alacsonyabb nedvességtartalomra is szükség van az összeillesztendő anyagokban.Ellenkező esetben a vibrációs hegesztés előnyös.
3. Az ultrahangos hegesztés nem hatékony vastag falú anyagok összekapcsolására. Legalább az egyik csatlakoztatandó résznek könnyűnek kell lennie, mivel hatalmas mennyiségű energiát "elnyel".