Ultragarsinis suvirinimas

Ultragarsinio suvirinimo metu naudojamos aukšto dažnio ultragarsinės akustinės vibracijos, kurios yra taikomos sujungtoms dalims, kurios surenkamos esant žemam slėgiui. Šis suvirinimo būdas dažniausiai naudojamas termoplastikams sujungti ir kai netinka varžtais, litavimu ar klijavimu.

Nors ultragarsinis suvirinimas buvo sukurtas dar 1940 m., Pramonėje jis pirmą kartą buvo panaudotas septintojo dešimtmečio pradžioje suvirinant smulkius laidus elektronikos pramonėje. 1963 metais polietilenui klijuoti pradėtas naudoti ultragarsinis suvirinimas. Nuo tada ultragarsinis suvirinimas naudojamas automobilių pramonėje suvirinant aliuminį ir ploną metalo lakštą (uždegimo modulius, gnybtų laidus, laidus).

Lėtas ultragarsinio suvirinimo pranašumų atpažinimo procesas pramonėje atsiranda dėl to, kad trūksta galingos ultragarsinės įrangos, kuri galėtų užtikrinti pastovią suvirinimo kokybę net ir didelėms detalėms.Dėl to devintajame ir dešimtajame dešimtmečiuose tyrimai daugiausia buvo skirti ultragarso įrangos kūrimui.

Nors ultragarsinis suvirinimas naudoja vibraciją, šis metodas skiriasi nuo „vibracinio suvirinimo“, dar žinomo kaip frikcinis suvirinimas. Vibracinio suvirinimo atveju viena iš jungiamų dalių yra laikoma vietoje, o kita yra svyruojanti (elektromagnetine arba hidrauline pavara).

Ultragarsinis suvirinimas išlaiko dvi dalis vietoje ir naudoja aukšto dažnio garso bangas, kad sukurtų trintį. Akustinė energija sukuria trintį ir šilumą, dėl kurios dalys suvirinamos greičiau nei per sekundę, todėl ultragarsinis suvirinimas šiandien yra vienas greičiausių.

Ultragarsinio suvirinimo procesas yra visiškai automatizuotas ir atliekamas specialiuose įrenginiuose. Ultragarsinio suvirinimo principas parodytas fig. 1, o tipinio įrenginio sudėtis parodyta fig. 2.

Ryžiai. 1. Ultragarsinio suvirinimo principas: a – dalių išlyginimas, b – dalių kontaktas su antgaliu, c – slėgio taikymas, d – suvirinimas, e – laikymas, f – antgalio pakėlimas

Ryžiai. 2. Garsinio suvirinimo surinkimo schema

Generatorius (atskirame bloke) skirtas elektros virpesiams iš tinklo paversti aukšto dažnio (20 ... 60 kHz), keitiklis, naudodamas pjezoelektrinius elementus, elektrinius virpesius paverčia akustiniais. Stiprintuvas ir sonotrodas yra pasyvūs rezonansiniai įrenginio elementai, skirti perduoti vibracijas iš keitiklio į dalis.

Paprastai ultragarso suvirinimo aparatuose yra komplektas stiprintuvų su skirtingais poslinkio transformacijos koeficientais.Sonotrodo forma nustatoma pagal reikiamą suvirinimo konfigūraciją. Priklausomai nuo sonotrodo formos, sukuriami išilginiai radialiniai, briaunos ir kiti bangų svyravimai. Kiekvienai siūlei reikalingas atskiras sonotrodas.

Fizinė proceso esmė yra labai stiprių mažos amplitudės vibracijų atsiradimas dviejų dalių sąlytyje. Vibracija kartu su slėgiu pašalina nešvarumus ir oksidus nuo dalių paviršiaus. Elektronai pradeda tekėti tarp dalių, sudarydami metalurginę siūlę.

Ultragarsinis suvirinimas idealiai tinka elektros sujungimams atlikti, aliuminio ir vario suvirinimui, varinių vamzdžių galų sandarinimui, plastikų suvirinimui, metalinių dalių įterpimui į plastiką.

Ryžiai. 3. Jungtys pagamintos ultragarsinio suvirinimo būdu

Ultragarsinis plastikų suvirinimas leidžia sukurti patikimesnes jungtis nei kitais būdais. Šiuo atveju plastikų suvirinimas ultragarsu iš esmės skiriasi nuo metalų suvirinimo.

Pirma, metalų suvirinimas ultragarsu vyksta skersinėmis vibracijomis, lygiagrečiomis suvirinamiesiems paviršiams. Ultragarsinis plastikų suvirinimas naudoja išilginę vibraciją, kuri yra normali (ty stačiu kampu) virinamų paviršių atžvilgiu. Visiškai kitokia ir sonotrodų forma, perduodanti ultragarso virpesius metalinėms ir plastikinėms siūlėms.

Antra, suvirinant metalus, dėl paviršių trinties sąveikos susidaro siūlė, kuri sukuria standų ryšį, nelydant medžiagai.Ultragarsinis plastikinių dalių suvirinimas yra pagrįstas medžiagos lydymu taip pat, kaip ir daugelis kitų tradicinių suvirinimo būdų, tokių kaip lankinis suvirinimas, atsparumas ar suvirinimas lazeriu), tačiau daug žemesniuose temperatūrų diapazonuose.

Ryžiai. 4. Ultragarsinio suvirinimo įranga

Ultragarsinio suvirinimo privalumai:

1. Specialaus paviršiaus valymo nereikia.

2. Apsauginės atmosferos nereikia.

3. Suvirinimo eksploatacinių medžiagų (vielos, elektrodų, litavimo ir kt.) nereikia.

4. Mažas energijos suvartojimas.

5. Trumpas sujungimo laikas, kad susidarytų jungtis (apie ketvirtadalį sekundės).

6. Pilnas suvirinimo proceso automatizavimas ir galimybė lengvai integruoti su kitais gamybos procesais.

7. Galimybė suvirinti įvairaus pobūdžio medžiagas, įskaitant jautrias aukštai temperatūrai, nes suvirinimo metu susidaro nedidelis šilumos kiekis.

8. Visų rūšių detalių suvirinimas.

9. Šio proceso metu sukurtos suvirinimo siūlės yra vizualiai malonios, tvarkingos.

10. Ultragarsinio suvirinimo metu, skirtingai nuo kitų metodų, nenaudojamos ėsdinančios cheminės medžiagos ir susidaro nedidelis dūmų kiekis.

Ultragarsinio suvirinimo apribojimai:

1. Rimčiausias apribojimas naudojant ultragarsinį suvirinimą yra suvirinamų dalių dydis – ne didesnis kaip 250 mm. Taip yra dėl keitiklio išėjimo galios apribojimų, sonotrodo nesugebėjimo perduoti labai didelės galios ultragarso bangų ir amplitudės valdymo sunkumų.

2. Ultragarsinis suvirinimas taip pat reikalauja mažesnio drėgmės kiekio jungiamose medžiagose.Priešingu atveju pirmenybė teikiama vibraciniam suvirinimui.

3. Ultragarsinis suvirinimas nėra efektyvus storasienių medžiagų sujungimui. Bent viena iš jungiamų dalių turi būti lengva, nes „sugeria“ didžiulį energijos kiekį.