جوشکاری پلاستیک اولتراسونیک، پلاستیک، فلز، مواد پلیمری، پروفیل آلومینیوم. جوشکاری اولتراسونیک: فناوری، عوامل مضر

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

جوشکاری التراسونیک فلزات فرآیندی است که طی آن یک اتصال دائمی در فاز جامد به دست می آید. تشکیل نواحی جوان (که در آن پیوندها تشکیل می شود) و تماس بین آنها تحت تأثیر یک ابزار خاص رخ می دهد. این عمل مشترک جابجایی های مماسی متناوب نسبی با دامنه کوچک و نیروی نرمال فشاری بر روی قسمت های خالی را فراهم می کند. بیایید نگاهی دقیق‌تر به فناوری جوش اولتراسونیک بیاندازیم.

مکانیسم اتصال

جابجایی با دامنه کم بین قطعات با فرکانس اولتراسونیک رخ می دهد. به دلیل آنها، ریز زبری های سطح قطعات در معرض تغییر شکل پلاستیکی قرار می گیرند. در همان زمان، آلاینده ها از منطقه اتصال تخلیه می شوند. ارتعاشات مکانیکی اولتراسونیک از ابزار بیرونی قطعه کار به محل جوش منتقل می شود. کل فرآیند به گونه ای سازماندهی شده است که از لغزش فیکسچر و تکیه گاه جلوگیری شودسطوح جزئیات در طی عبور ارتعاشات از قطعه کار، انرژی تلف می شود. این امر با اصطکاک خارجی بین سطوح در مرحله اولیه جوشکاری و اصطکاک داخلی در ماده واقع بین تکیه گاه و ابزار پس از تشکیل ناحیه تنظیم ایجاد می شود. این باعث افزایش دما در مفصل می شود و تغییر شکل آن را آسان تر می کند.

رفتار مواد خاص

جابجایی مماسی بین قطعات و تنش‌هایی که آنها ایجاد می‌کنند و همراه با فشردگی ناشی از نیروی جوش عمل می‌کنند، محلی‌سازی تغییر شکل پلاستیک شدید را در حجم‌های کوچک در لایه‌های نزدیک به سطح ایجاد می‌کنند. کل فرآیند با سنگ زنی و تخلیه مکانیکی فیلم های اکسید و سایر آلاینده ها همراه است. جوشکاری اولتراسونیک قدرت تسلیم را کاهش می دهد و در نتیجه تغییر شکل پلاستیک را تسهیل می کند.

ویژگی های فرآیند

جوشکاری اولتراسونیک به شکل گیری شرایط لازم برای اتصال کمک می کند. این امر توسط ارتعاشات مکانیکی مبدل تضمین می شود. انرژی ارتعاشی تنش های برشی، فشاری و کرنشی پیچیده ای ایجاد می کند. تغییر شکل پلاستیک زمانی رخ می دهد که از حد الاستیک مواد فراتر رود. به دست آوردن یک اتصال قوی با افزایش سطح تماس مستقیم پس از تخلیه اکسیدهای سطحی، لایه های آلی و جذب شده تضمین می شود.

استفاده از KM

سونوگرافی به طور گسترده در زمینه علمی استفاده می شود. با کمک آن، دانشمندان تعدادی از خواص فیزیکی را بررسی می کنندمواد و پدیده ها در صنعت، اولتراسوند برای چربی زدایی و تمیز کردن محصولات، کار با مواد دشوار ماشین استفاده می شود. علاوه بر این، نوسانات به طور مطلوب بر مذاب های متبلور تأثیر می گذارد. اولتراسوند گاز زدایی و پالایش دانه را به آنها می دهد و خواص مکانیکی مواد ریخته گری را بهبود می بخشد. ارتعاشات به حذف تنش های پسماند کمک می کنند. آنها همچنین به طور گسترده ای برای افزایش سرعت واکنش های شیمیایی آهسته استفاده می شوند. جوشکاری اولتراسونیک را می توان برای اهداف مختلف استفاده کرد. ارتعاشات می توانند منبع انرژی برای تشکیل اتصالات درز و نقطه ای شوند. هنگامی که حوضچه جوش در هنگام کریستالیزاسیون در معرض امواج فراصوت قرار می گیرد، به دلیل اصلاح ساختار جوش و حذف شدید گازها، خواص مکانیکی اتصال بهبود می یابد. با توجه به اینکه لرزش ها به طور فعال کثیفی، فیلم های مصنوعی و طبیعی را حذف می کنند، می توان قطعات را با سطح اکسید شده، لاک زده و غیره متصل کرد. سونوگرافی به کاهش یا از بین بردن استرس های خود که در حین جوشکاری ظاهر می شود کمک می کند. به دلیل ارتعاشات، امکان تثبیت اجزای ساختار ترکیب وجود دارد. این به نوبه خود امکان جلوگیری از احتمال تغییر شکل خود به خودی سازه ها را در پی آن ممکن می سازد. جوشکاری اولتراسونیک اخیراً بیشتر و بیشتر مورد استفاده قرار گرفته است. این امر به دلیل مزایای بدون شک این روش اتصال در مقایسه با روش های سرد و تماسی است. به خصوص اغلب از ارتعاشات اولتراسونیک در میکروالکترونیک استفاده می شود.

کارگردانی امیدوارکنندهجوشکاری اولتراسونیک مواد پلیمری در نظر گرفته شده است. برخی از آنها را نمی توان با هیچ روش دیگری متصل کرد. در شرکت های صنعتی، جوشکاری اولتراسونیک پروفیل های آلومینیومی جدار نازک، فویل، سیم در حال حاضر انجام می شود. این روش به ویژه برای اتصال محصولات از مواد خام غیر مشابه مؤثر است. جوشکاری آلتراسونیک آلومینیوم در ساخت لوازم خانگی استفاده می شود. این روش هنگام اتصال مواد خام ورق (نیکل، مس، آلیاژها) موثر است. جوشکاری التراسونیک پلاستیک ها در تولید دستگاه های اپتیک و مکانیک ظریف کاربرد پیدا کرده است. در حال حاضر ماشین هایی برای اتصال عناصر مختلف ریزمدار ایجاد و وارد تولید شده اند. دستگاه ها مجهز به دستگاه های خودکار هستند که به همین دلیل بهره وری به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

قدرت ایالات متحده

جوشکاری اولتراسونیک پلاستیک به دلیل عملکرد ترکیبی ارتعاشات مکانیکی با فرکانس بالا و نیروی فشاری نسبتاً کم، اتصال دائمی را ایجاد می کند. این روش شباهت زیادی با روش سرد دارد. قدرت اولتراسونیک که می تواند از طریق رسانه منتقل شود به خواص فیزیکی دومی بستگی دارد. اگر از محدودیت های مقاومت در مناطق فشاری فراتر رود، ماده جامد فرو می ریزد. در شرایط مشابه، کاویتاسیون در مایعات رخ می دهد که با ظهور حباب های کوچک و متعاقب فروپاشی آنها همراه است. همراه با فرآیند دوم، فشارهای محلی ایجاد می شود. این پدیده در نظافت و فرآوری محصولات کاربرد دارد.

گره های دستگاه

جوشکاری اولتراسونیک پلاستیک با استفاده ازماشین های خاص آنها حاوی گره های زیر هستند:

1. منبع تغذیه.
2. سیستم مکانیکی ارتعاشی.
3. تجهیزات کنترل.
4. درایو فشار.

سیستم نوسانی برای تبدیل الکتریسیته به انرژی مکانیکی برای انتقال بعدی آن به بخش اتصال، متمرکز کردن آن و به دست آوردن مقدار مورد نیاز سرعت امیتر استفاده می شود. این گره شامل:

1. مبدل الکترومکانیکی با سیم پیچی. در یک محفظه فلزی محصور شده و توسط آب خنک می شود.
2. ترانسفورماتور نوسان الاستیک.
3. نکته جوش.
4. پشتیبانی با مکانیسم فشار.

سیستم با استفاده از دیافراگم ثابت می شود. تابش اولتراسونیک فقط در لحظه جوشکاری اتفاق می افتد. این فرآیند تحت تأثیر ارتعاشات، فشار اعمال شده در زاویه قائم به سطح و اثر حرارتی رخ می دهد.

قابلیت های روش

جوشکاری اولتراسونیک برای مواد اولیه پلاستیک موثرترین است. محصولات ساخته شده از مس، نیکل، طلا، نقره و غیره را می توان با یکدیگر و با سایر محصولات کم پلاستیک ترکیب کرد. با افزایش سختی، جوش پذیری اولتراسونیک بدتر می شود. محصولات نسوز ساخته شده از تنگستن، نیوبیم، زیرکونیوم، تانتالم، مولیبدن به طور موثر با کمک اولتراسوند متصل می شوند. جوشکاری اولتراسونیک پلیمرها روشی نسبتاً جدید در نظر گرفته می شود. چنین محصولاتی همچنین می توانند هم به یکدیگر و هم به سایر قطعات جامد متصل شوند. در مورد فلز، می توان آن را با آن ترکیب کردشیشه، نیمه هادی ها، سرامیک. شما همچنین می توانید از طریق یک لایه بین لایه های خالی را گره بزنید. به عنوان مثال، محصولات فولادی از طریق پلاستیک آلومینیومی به یکدیگر جوش داده می شوند. به دلیل اقامت کوتاه مدت در دمای بالا، اتصال با کیفیت بالا از محصولات غیر مشابه به دست می آید. خواص مواد خام دستخوش تغییرات جزئی است. عدم وجود ناخالصی های خارجی یکی از مزایایی است که جوشکاری اولتراسونیک دارد. عوامل مضر برای انسان نیز وجود ندارد. هنگام اتصال، شرایط بهداشتی مطلوب ایجاد می شود. پیوندهای محصولات از نظر شیمیایی همگن هستند.

ویژگی های اتصال

جوشکاری فلزات معمولاً به روش همپوشانی انجام می شود. در همان زمان، عناصر طراحی مختلف اضافه می شود. جوشکاری را می توان با نقاط (یک یا چند)، یک درز پیوسته یا در یک دایره بسته انجام داد. در برخی موارد، در طول تشکیل اولیه انتهای سیم خالی، یک اتصال سه راهی با هواپیما ایجاد می شود. امکان جوشکاری اولتراسونیک چندین ماده به طور همزمان (پکیج) وجود دارد.

ضخامت قطعه

با حد بالایی محدود شده است. با افزایش ضخامت قطعه کار فلزی، لازم است نوسانات با دامنه بزرگتر اعمال شود. این اتلاف انرژی را جبران می کند. افزایش دامنه به نوبه خود تا حد معینی امکان پذیر است. محدودیت ها با احتمال ترک های خستگی، فرورفتگی های بزرگ از ابزار مرتبط است. در چنین مواردی باید ارزیابی کرد که چگونهجوشکاری اولتراسونیک مناسب خواهد بود. در عمل، این روش برای ضخامت محصول از 3…4 میکرومتر تا 05…1 میلی متر استفاده می شود. برای قطعات با قطر 0.01 … 05 میلی متر نیز می توان از جوشکاری استفاده کرد. ضخامت محصول دوم ممکن است به طور قابل توجهی بیشتر از محصول اول باشد.

مشکلات احتمالی

هنگام استفاده از روش جوشکاری اولتراسونیک، باید احتمال شکست خستگی اتصالات موجود در محصولات را در نظر گرفت. در طول فرآیند، قطعات کار می توانند نسبت به یکدیگر بچرخند. همانطور که در بالا ذکر شد، فرورفتگی ها بر روی سطح مواد از ابزار باقی می ماند. این دستگاه به دلیل فرسایش صفحه کار آن، عمر مفید محدودی دارد. در برخی نقاط، مواد محصول به ابزار جوش داده می شود. این امر منجر به سایش دستگاه می شود. تعمیر تجهیزات با تعدادی از مشکلات همراه است. آنها به این واقعیت مربوط می شوند که خود ابزار به عنوان عنصری از طراحی واحد غیرقابل جداسازی عمل می کند که پیکربندی و ابعاد آن دقیقاً برای فرکانس کاری طراحی شده است.

آماده سازی محصول و پارامترهای حالت

قبل از انجام جوش اولتراسونیک نیازی به انجام اقدامات پیچیده با سطح قطعات نیست. در صورت تمایل می توانید ثبات کیفیت اتصال را افزایش دهید. برای انجام این کار، توصیه می شود فقط محصول را با یک حلال چربی زدایی کنید. برای اتصال فلزات انعطاف پذیر، سیکلی با تاخیر پالس نسبت به شروع اولتراسوند بهینه در نظر گرفته می شود. با سختی نسبتاً بالایی محصول، توصیه می شود قبل از روشن کردن سونوگرافی کمی صبر کنید.

الگوهای جوشکاری

چند مورد از آنها وجود دارد. طرح های تکنولوژیکی جوشکاری اولتراسونیک در ماهیت نوسانات ابزار متفاوت است. آنها می توانند پیچشی، خمشی، طولی باشند. همچنین بسته به موقعیت مکانی دستگاه نسبت به سطح قسمت جوش داده شده و همچنین روش انتقال نیروهای فشاری به محصولات و ویژگی های طراحی عنصر پشتیبانی، طرح ها متمایز می شوند. برای اتصالات کانتور، درز و نقطه، از انواع با ارتعاشات خمشی و طولی استفاده می شود. عمل اولتراسونیک را می توان با گرمایش پالسی موضعی قطعات از یک منبع حرارت جداگانه ترکیب کرد. در این صورت می توان به تعدادی مزیت دست یافت. اول از همه، می توانید دامنه نوسانات و همچنین قدرت و زمان انتقال آنها را کاهش دهید. خواص انرژی پالس حرارتی و دوره انطباق آن در اولتراسوند به عنوان پارامترهای اضافی فرآیند عمل می کند.

اثر حرارتی

جوشکاری اولتراسونیک با افزایش دما در محل اتصال همراه است. ظهور گرما به دلیل ظاهر شدن اصطکاک بر روی سطوح محصولات در تماس و همچنین تغییر شکل های پلاستیکی ایجاد می شود. آنها در واقع با تشکیل یک اتصال جوشی همراه هستند. دما در ناحیه تماس به پارامترهای قدرت بستگی دارد. اصلی ترین درجه سختی مواد است. علاوه بر این، خواص ترموفیزیکی آن از اهمیت قابل توجهی برخوردار است: هدایت حرارتی و ظرفیت گرمایی. حالت جوشکاری انتخاب شده نیز بر سطح دما تأثیر می گذارد. همانطور که تمرین نشان می دهد، اثر حرارتی در حال ظهور به عنوان یک شرایط تعیین کننده عمل نمی کند. آی تیبه این دلیل است که حداکثر استحکام اتصالات در محصولات قبل از افزایش دما به سطح محدود به دست می آید. کاهش مدت زمان انتقال ارتعاشات اولتراسونیک با پیش گرم کردن قطعات امکان پذیر است. این همچنین قدرت اتصال را افزایش می دهد.

نتیجه گیری

جوشکاری اولتراسونیک در حال حاضر روشی ضروری برای اتصال قطعات در برخی صنایع است. این روش به ویژه در میکروالکترونیک رواج دارد. سونوگرافی به شما امکان می دهد انواع پلاستیک و مواد سخت را به هم متصل کنید. امروزه، کار علمی به طور فعال برای بهبود ابزارها و فناوری‌های جوشکاری در حال انجام است.